受蒲公英如何利用風來傳播種子的啟發(fā),華盛頓大學的一個研究小組開發(fā)了一種無電池微型傳感器攜帶裝置,當風向地面滾動時,它可以被風吹走。一旦著陸,該裝置可以容納至少4個傳感器,使用太陽能電池板為其負載電子設(shè)備供電,并可以共享遠離60米的傳感器數(shù)據(jù)。這項研究發(fā)表在周一的《自然》雜志上。
關(guān)于傳感裝置的物理性質(zhì):這種傳感器的重量大約是1毫克蒲公英種子的30倍,在無人機釋放后,可以在微風中行進100米,大約相當于足球場的長度。
由于這些設(shè)備上有電子設(shè)備,因此使整個系統(tǒng)像真正的蒲公英種子一樣輕是一個挑戰(zhàn)。研究人員開發(fā)了一種形狀,使系統(tǒng)能夠慢慢落地,從而被微風搖晃。研究人員測試了75種設(shè)計,以確定什么將導(dǎo)致最小的設(shè)計“終端速度”或者裝置在空中墜落時的最大速度。
蒲公英種子結(jié)構(gòu)的工作模式是它們有一個中心點,絨毛伸展以減緩它們的下落。研究人員對其進行了二維投影,為設(shè)備結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了基本設(shè)計。當重量增加時,設(shè)備的刷毛開始向內(nèi)彎曲。然后,研究人員添加了一個圓形結(jié)構(gòu),使其更硬,并占用更多的面積來幫助減緩其速度。
為了保持輕盈,研究小組使用太陽能電池板而不是重型電池為電子設(shè)備供電。95%的時間里,這些設(shè)備的太陽能電池板直立著陸。它們的形狀和結(jié)構(gòu)使它們能夠像蒲公英種子一樣直立地翻轉(zhuǎn)和墜落。
然而,如果沒有電池,系統(tǒng)將無法儲存電源,這意味著傳感器將在太陽下山后停止工作。當太陽第二天早上升起時,系統(tǒng)需要一點能量才能啟動。研究小組設(shè)計的電子設(shè)備包括一個電容器,它可以在夜間儲存一些電荷。
傳感器使用反向散射(一種通過反射傳輸信號發(fā)送信息的方法)將傳感器數(shù)據(jù)無線發(fā)送回研究人員。當日落關(guān)閉時,設(shè)備可以測量溫度、濕度、壓力和光,并發(fā)送數(shù)據(jù)。第二天早上,當這些設(shè)備重新啟動時,數(shù)據(jù)采集恢復(fù)。
所謂的無電池設(shè)備實際上是使用太陽能電池板為其電子設(shè)備供電。除了文章中提到的優(yōu)點外,該系統(tǒng)還有一個巨大的優(yōu)勢,即整個設(shè)備上沒有任何東西會耗盡電源,該設(shè)備可以一直運行,直到無法彌補的物理故障被直接丟棄。然而,它也有缺點,即電子產(chǎn)品將分散在系統(tǒng)中,而未來完全廢棄的降解是一個難題。然而,據(jù)說研究人員正在努力克服這個問題。