受蒲公英如何利用风来传播种子的启发,华盛顿大学的一个研究小组开发了一种无电池微型传感器携带装置,当风向地面滚动时,它可以被风吹走。一旦着陆,该装置可以容纳至少4个传感器,使用太阳能电池板为其负载电子设备供电,并可以共享远离60米的传感器数据。这项研究发表在周一的《自然》杂志上。
关于传感装置的物理性质:这种传感器的重量大约是1毫克蒲公英种子的30倍,在无人机释放后,可以在微风中行进100米,大约相当于足球场的长度。
由于这些设备上有电子设备,因此使整个系统像真正的蒲公英种子一样轻是一个挑战。研究人员开发了一种形状,使系统能够慢慢落地,从而被微风摇晃。研究人员测试了75种设计,以确定什么将导致最小的设计“终端速度”或者装置在空中坠落时的最大速度。
蒲公英种子结构的工作模式是它们有一个中心点,绒毛伸展以减缓它们的下落。研究人员对其进行了二维投影,为设备结构创建了基本设计。当重量增加时,设备的刷毛开始向内弯曲。然后,研究人员添加了一个圆形结构,使其更硬,并占用更多的面积来帮助减缓其速度。
为了保持轻盈,研究小组使用太阳能电池板而不是重型电池为电子设备供电。95%的时间里,这些设备的太阳能电池板直立着陆。它们的形状和结构使它们能够像蒲公英种子一样直立地翻转和坠落。
然而,如果没有电池,系统将无法储存电源,这意味着传感器将在太阳下山后停止工作。当太阳第二天早上升起时,系统需要一点能量才能启动。研究小组设计的电子设备包括一个电容器,它可以在夜间储存一些电荷。
传感器使用反向散射(一种通过反射传输信号发送信息的方法)将传感器数据无线发送回研究人员。当日落关闭时,设备可以测量温度、湿度、压力和光,并发送数据。第二天早上,当这些设备重新启动时,数据采集恢复。
所谓的无电池设备实际上是使用太阳能电池板为其电子设备供电。除了文章中提到的优点外,该系统还有一个巨大的优势,即整个设备上没有任何东西会耗尽电源,该设备可以一直运行,直到无法弥补的物理故障被直接丢弃。然而,它也有缺点,即电子产品将分散在系统中,而未来完全废弃的降解是一个难题。然而,据说研究人员正在努力克服这个问题。