可乘風擴散的無線感測器

 

刊登日期:2022/6/7
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從蒲公英的絨毛獲得啟發,美國華盛頓大學開發了一種可利用風向進行廣範圍散佈,且無需電池之無線感測器。重量30克,約為蒲公英種子的30倍,但可乘風移動100公尺。由於可在短時間內以低成本廣泛配置大量的感測器,因此可望利用於智慧農業、氣候監測等用途。

由於裝置須搭載感測器、微型電腦等,很難使其如同蒲公英種子般輕量,因此設計的第一步是決定可延長乘風落地時間的形狀。為了獲得最佳終端速度,研究團隊將蒲公英種子透過2次元投影作為結構設計的基礎。

蒲公英種子飛得遠的秘訣在於從種子延伸出一條長喙,而在長喙上方呈放射狀散開的白色冠毛。但當重量變重,冠毛構造便往內側彎曲,因此研究團隊追加了環形結構以增加剛度,使其可緩慢落下,且前後共試作了75種原型。

此外,為了減輕裝置的重量,採用了輕量的太陽能板,並透過結構的最佳化,俾使太陽能板朝上落地的機率為95%。但因為沒有電池,日落後無法測量,隔天早上亦無足夠的電力重新啟動。因此再度追加了電容器,使其在夜間能儲存一些電荷。

搭載的感測器在測量溫度、濕度、壓力、光量後傳輸數據,日落即關閉電源。隔天早上電源開啟後,就能繼續收集數據。數據傳輸利用了反向散射與無線通訊,最遠可傳輸至60公尺之處。

另外,為了實現以手動或無人機一次即可在廣闊區域投擲大量裝置,華盛頓大學將個別裝置的形狀與大小予以些微改變。此舉亦模仿了蒲公英種子有些飛得很近,有些飛得很遠的個別差異。今後,研究團隊計畫進一步推動具有生物降解性之蒲公英種子裝置的開發。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220506_tiny-battery-free-devices.html
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