华盛顿大学开发出能像蒲公英一样“传播”的微小传感器

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大自然总是新技术创新的完美灵感，而华盛顿大学的一个团队开发的项目再次证明了这一点。该小组对蒲公英如何通过它们的白色绒球和风传播种子感到惊讶，决定在农场和森林等广大地区的无线传感器的分散中注入这种方法。

据该小组称，通过手动放置传感器在广阔的土地上进行环境状况监测可能需要几个月。然而，这种情况将随着微小的传感器系统的出现而改变，该系统被精心放置在具有花瓣状形态的轻质材料中。它们将通过无人机在空中释放，风将完成传播它们的工作。

“我们的研究表明，你可以使用现成的组件来创造微小的东西。我们的原型表明，你可以使用无人机在一次投放中释放数以千计的这些设备。它们都会被风带得有些不同，基本上你可以用这一滴水创建一个1000个设备的网络，”高级作者Shyam Gollakota说，他是华盛顿大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院的教授。“这对部署传感器的领域来说是惊人的和变革性的，因为现在手动部署这么多传感器可能需要几个月。”

尽管这些设备的能力很有希望，但它们也有一个挑战：系统的重量（每个设备至少可以容纳四个传感器）本身大约是1毫克蒲公英种子的30倍。有了这个，该团队必须为作为传感器降落伞的材料找到完美的设计。他们需要的是能让传感器在被风吹动时花更多时间漂浮在空中的那种。这将导致传感器更广泛的散布。

“蒲公英种子结构的工作方式是，它们有一个中心点和这些伸出来的小刚毛来减缓它们的下落。我们用二维投影来创建我们结构的基础设计，”主要作者、华盛顿大学艾伦学院助理教授维Vikram Iyer说。“随着我们增加重量，我们的刷子开始向内弯曲。我们增加了一个环形结构，使其更加坚硬，并占用更多的面积，以帮助减缓它。”

该团队总共测试了75种设计，找到后，他们以不同的尺寸生产了这些设计。根据研究人员的说法，各种尺寸将让传感器以不同的速度下落。

“这是在模仿生物学，其中变异实际上是一个特点，而不是一个错误，”共同作者、华盛顿大学生物学教授Thomas Daniel说。“植物不能保证它们今年生长的地方明年会很好，所以它们有一些可以走得更远的种子来保值。”

尽管大小不一，但该设计将确保该系统在适度的微风下可以达到100米。一旦放置，这些设备可以将数据发送到60米以外。

这种形状也将有助于设备在95%的时间内直立着陆，这是需要的，因为它们使用太阳能电池板而不是电池。这意味着它们只能在白天工作，在没有充足的阳光或夜晚的时候就会停止。尽管如此，研究人员在系统的构建中加入了一个电容器，因此每个设备可以在一夜之间储存一些电荷。

Iyer说：“然后我们有一个小电路，它将测量我们储存了多少能量，一旦太阳升起，有更多的能量进入，它将触发系统的其他部分打开，因为它感觉到它超过了某个阈值。”

据悉，这个可持续的系统可以持续很长时间，直到它被不同的元素物理破坏。不过，它仍然有一个挑战：它们会在环境中留下不可生物降解的电子产品。这促使该团队找到更多的方法来进一步发展该项目，使其部件更容易被生物降解，对环境友好，并具有适应性。

“这只是第一步，这就是为什么它如此令人兴奋，”Iyer说。“我们现在还有很多其他的方向--比如开发更大规模的部署，创造出可以在下落时改变形状的设备，或者甚至添加一些更多的移动性，使设备在落地后可以四处移动，以接近我们好奇的区域。”