受蒲公英种子启发的微型传感器装置，可覆盖广阔区域的环境检测
2022-03-17 20:34:12   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近期，美国华盛顿大学的一支研究团队受蒲公英种子散播方式的启发，开发出一款无需电池的微型环境传感器装置，它可以借助风力飞到很远的地方，这为在广阔区域内放置更多传感器提供了一种独特的新方法。

环境传感器常用于不同环境条件下测量温度、湿度、气体、降雨量、光照或其它环境因素。美国华盛顿大学开发的这种新型环境传感器装置，无需研究人员亲自花费时间安放，借助风力即可在广阔的区域内轻松覆盖数千个传感器。

“在蒲公英种子散播飞行过程中，围绕种子中心的冠毛会减缓它们的降落速度。我们对其进行了二维投影，创建了该仿生装置结构的基础设计。”该项研究的主要负责人、美国华盛顿大学助理教授Vikram Iyer说道，“当我们增加重量时，该装置的冠毛结构会向内弯曲，因此我们增加了一个环状结构，使得该装置更加坚固并扩大了面积，以帮助减缓其下降速度。”

基于蒲公英种子散播原理的微型装置，可搭载至少4个传感器（来源：华盛顿大学）

该装置的重量约为1毫克蒲公英种子的30倍。尽管如此，其仍然可以在微风下飞行100米。每个装置可以搭载至少4个微型传感器，它们着陆后，在60米之外也可以实现数据共享。

为了保持该装置结构轻便，研究人员选择使用太阳能电池板代替电池进行供电。不过，这存在一定的缺陷，例如由于在空中翻转造成装置落地时电池板朝下，或者在夜间无法运行。

尽管这些装置落地时，在95%的时间里太阳能电池板都是朝上的，研究人员仍然面临着如何让它们在夜间正常运行的问题。由于日落时电子装置会关闭，即使太阳升起时，这些装置也需要消耗少许能量才能重新启动。

“该项目的挑战在于，大部分装置首次启动时，会在短时间内消耗很多能量。”Vikram Iyer说，“这是由于在执行代码或任务前，它们自身会先检查确保各项功能运行正常。当打开手机或笔记本电脑时也会出现这种情况，只不过它们配有电池。”

降落中的微型环境传感器装置（来源：华盛顿大学）

为了解决这个问题，研究人员在该电子装置的设计中增加了电容器，使其能够储存足够的电量以保持在夜间持续运行。

Vikram Iye说：“我们利用一个小型电路，可以检测电子装置中储存了多少能量。随着太阳升起会有更多能量进入，当该电路检测到储存能量高于某个阈值时，就会触发系统其它部分启动运行。”

为了更好地了解这些装置可以在风中飞行多远，研究人员将它们从无人机上投放进行了试验。此外，还通过调整装置的尺寸，使其着陆时可以实现更好的距离分布。

由于该装置中没有电池，不存在电量耗尽的情况，这使其可以持续运行，除非装置发生故障。虽然这有显著的优势，不过在广阔的环境中投放大量电子装置也存在一定隐患。

该团队目前正在研究这项技术的潜在应用。Vikram Iye表示：“这项研究刚刚起步，这也正是它令人兴奋的原因。目前还有很多研究方向值得我们探索，例如开发更大规模的应用部署，创建在着陆时可以改变形状的装置，或者为装置增加可移动性，以使其在地面上可以向我们感兴趣的区域移动。”

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《环境气体传感器技术及市场趋势-2020版》

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