靈感來源于蒲公英研發微型無線傳感器監測環境

蒲公英只需要風輕輕吹過，就可將種子通過這種自然的方式實現傳播。

基于蒲公英播種的原理，美國華盛頓大學團隊設計了一款微型傳感器裝置，當傳感器在地面翻動時，便可像蒲公英那樣被風吹走。

而且，維持這種傳感器的能量并不需要電池，而是依靠太陽能。它們可被應用在數字農業監測環境的實時變化，例如土地的溫度、濕度等。

2022年3月16日，相關論文以《風力分散的無電池無線設備》為題發表。

然而，監測環境變化的一個實際的問題是，監測目標區域范圍廣、面積大，如果想實時監測環境的變化，至少需要數百個傳感器。由風執行“部署”傳感器的任務，對人們來說，不僅節省了大量的時間還有人力資源、費用等。

該論文通訊作者、華盛頓大學保羅艾倫計算機科學與工程學院希亞姆·戈拉科塔教授對媒體表示，“這項技術對于部署傳感器領域，是驚人的和變革性的。因為現在手動部署這么多傳感器， 可能需要幾個月的時間。”

為確定這種傳感器在風中傳播的實地距離，研究人員做了專項測試，他們將傳感器從不同的高度，手動或通過無人機扔下。

該微型傳感器系統的約1毫克左右重量，根據研究人員測試，該系統在微風中可“傳播”的距離為50米～100米。當該設備經風傳播落地后，其可以容納4個及以上數量的傳感器， 使用太陽能電池為其車載電子設備供電。并且，還可以對60米以內的傳感器數據進行實時共享。

研究人員表示，從設計的角度來看這個傳感器，保障它從落點展開設備的關鍵在于傳感器的形狀，以便它們能從各種角度都可被微風攜帶。

實際上，這種設計原理也和蒲公英種子傳播類似。蒲公英在播種時，為確保植物長期在適宜的環境生長，因此它們具有不同形狀，來實現達到被帶到更遠地方的目標。

這種設備的設計充滿挑戰，尤其是傳感器既要具備電子功能，又必須保證可以像蒲公英那樣質量輕盈，以利于在風中傳播。為保證傳感器各方面可實現最佳性能，該團隊嘗試設計最適宜的傳感器形狀，并嘗試了75種不同的方案。

“蒲公英種子結構的工作方式是它們有一個中心點， 這些小刷毛伸出來減緩它們的下落。我們對其進行了二維投影，為我們的結構創建了基礎設計。”該論文第一作者、華盛頓大學艾倫學院的助理教授維克拉姆·艾耶說。

他補充說道：“當我們增加重量時，刷毛開始向內彎曲。我們添加了一個環形結構，使其更硬，并占用更多的面積來幫助減慢它的速度。”

為了使傳感器的質量更輕，研究人員放棄了傳統的電池，而采用太陽能電池板為電子設備輸送電源。根據研究人員觀察，這些傳感器的形狀和結構與蒲公英種子的特性一致，在絕大多數的時間（95%），太陽能電池板能和蒲公英的傳播類似，保持直立翻轉以及落地。

既然是依靠太陽能供電，那么這種傳感器的供電的條件也是科學家們必須考慮的限制條件。系統的再次啟動需要電能供應，考慮到沒有太陽的天氣或者太陽下山后的情況，該團隊還設計了一個電容器設備，用來在夜間或太陽能儲能條件不加的情況儲備電能。

該設備在監測到環境的變化數值后，通過反向散射將這些數據，用無線的方式將這些數據傳輸到研究人員。數據包括但不限于：測量溫度、濕度、壓力和光線等。

由于該設備依靠太陽能，因此太陽能相當于它工作的“開關”，當太陽落山或者太陽能量微弱時，該設備停止工作;而當具備太陽能時，該設備會再次啟動，繼續數據收集工作。

該傳感器系統不采用傳統電池的另一優勢是，該設備沒有任何東西會耗盡電量。也就是說，除非它產生物理故障，否則會一直運行。為此，研究人員也在加速探索，利于這些傳感器可生物降解的科學途徑。

艾耶表示，“我們現在可以采取許多其他方向，例如開發更大規模的部署，創建可以在墜落時改變形狀的設備，甚至增加一些移動性，以便設備一旦在地面上就可以移動以靠近我們的目標區域。”FBC2009E-736C-4A8F-9AB5-D0133C0EF8E2