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微型无电池传感装置可随风飘浮

来源：科技日报时间：2022-03-18 07:16:07

科技日报北京3月17日电（记者张梦然）受蒲公英利用风来传播种子的启发，美国研究团队开发了一种微型传感器便携装置，当它向地面翻滚时可被风吹走。一旦落地，该装置至少可容纳4个传感器，使用太阳能电池板为其负载电子设备供电，并且可共享最远60米外的传感器数据。研究成果发表在16日《自然》杂志上。

该传感装置的重量约为1毫克蒲公英种子的30倍，经由无人机释放后，可在微风中行进100米，大约相当于足球场的长度。

“你可使用无人机一次性释放数千个这样的装置，它们都会被风吹走。”论文资深作者、华盛顿大学计算机科学与工程学院教授冼穆·高拉克塔说，这对于传感器部署来说是惊人和变革性的，因为现在手动部署这么多传感器可能需要几个月的时间。

由于这些装置上负载有电子设备，因此要使整个系统像真正的蒲公英种子一样轻，是具有挑战性的。研究人员开发出一种形状，使系统能慢慢地落到地上，这样它就可被微风摇晃。研究人员测试了75种设计，以确定什么会导致最小的“终端速度”或装置在空中落下时的最大速度。

蒲公英种子结构的工作方式是它们有一个中心点，绒毛伸出来减缓它们的下落。研究人员对其进行了二维投影，为装置结构创建了基础设计。当增加重量时，装置的刷毛开始向内弯曲。然后，研究人员添加了一个环形结构，使其更硬，并占用更多的面积来帮助减慢它的速度。

为了保持轻盈，研究团队使用太阳能电池板而不是笨重的电池来为电子设备供电。这些设备在95%的时间里太阳能电池板都直立着陆。它们的形状和结构使它们能够像蒲公英种子一样以始终直立的方向翻转和掉落。

然而，如果没有电池，系统就无法存储电量，这意味着太阳下山后，传感器就会停止工作。当第二天早上太阳升起时，系统需要一点能量才能启动。研究团队设计的电子设备包括一个电容器，这种设备可在夜间储存一些电荷。

传感装置使用反向散射（一种通过反射传输信号来发送信息的方法）将传感器数据无线发送回研究人员。装置可测量温度、湿度、压力和光，在日落关闭时发送数据。第二天早上，当这些装置重新启动时，数据收集就恢复了。

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所谓无电池装置，其实是使用太阳能电池板为其电子设备供电，而除了文中所述优点，这一系统还有个巨大好处，就是整个装置上没有任何东西会耗尽电量，装置可以一直运行，直到发生无法挽回的物理故障直接废掉。不过它也有缺点，那就是电子产品会分散在系统中，未来彻底废弃后的降解是个难题。不过据说研究人员正在努力克服这一问题。

关键词：研究人员电子设备