Малките сензори, вдъхновени от глухарчета, могат да бъдат разпръснати от вятъра

Сподели

Продължаващото миниатюризиране на електрониката позволи създаването на някои невероятно малки сензори за проследяване на неща като температура и влажност. Представяйки си бъдеще, в което стотици от тях ще бъдат поставени около гори или ферми за мащабно наблюдение на околната среда, учените са разработили сензорни платформи, достатъчно леки и компактни, за да бъдат изпускани от дронове със стотици, а след това да се разпръснат като семена от глухарче на вятъра, за да ефективно да създават обширни мрежи сами.

Въпреки че сензорите от това естество имат известен вълнуващ потенциал, разгръщането им на големи площи в момента би включвало много щателна и отнемаща време ръчна работа за поставяне на отделните сензори. Всъщност вече сме виждали дронове, използвани за опростяване на този тип работа, пускане на сензори на земята или дори стрелба с тях като стрели.

Учени от Вашингтонския университет измислиха още по-ефективен начин за правене на нещата и той започва с внимателно обмислен дизайн, вдъхновен от начина, по който глухарчетата разпределят семената си с вятъра. Екипът си проправи път през 75 дизайна, моделирани по тези семена, преди да кацне на последния, който все още изисква няколко ощипвания.

Учените от Вашингтонския университет експериментираха със 75 дизайна за своите нови сензори, вдъхновени от семена на глухарче

Марк Стоун / Вашингтонски университет

„Начинът, по който работят структурите на семената на глухарче, е, че те имат централна точка и тези малки четинки стърчат, за да забавят падането им“, каза авторът на изследването Викрам Айер. „Взехме 2D проекция на това, за да създадем основния дизайн за нашите структури. Когато добавихме тежест, четините ни започнаха да се огъват навътре. Добавихме пръстеновидна структура, за да я направим по-твърда и да заемем повече площ, за да я забавим.”

Тежките батерии бяха избегнати в полза на малките слънчеви панели за захранване на бордовата електроника, която включва кондензатор за съхраняване на заряд след залез слънце и стартиране на сензора отново на следващата сутрин. Въпреки че дизайнът без батерии поддържа платформата лека, тя все още е около 30 пъти по-тежка от едно милиграмово семе от глухарче. Експериментите на екипа обаче показаха, че той е достатъчно лек, за да измине дължината на футболно игрище при умерен бриз, след като бъде изпуснат от дрон.

“Ние показваме, че можете да използвате готови компоненти, за да създавате малки неща”, каза старшият автор Шям Голакота. “Нашият прототип предполага, че бихте могли да използвате дрон, за да пуснете хиляди от тези устройства с една капка. Всички те ще бъдат носени от вятъра малко по-различно и по принцип можете да създадете мрежа от 1000 устройства с тази една капка. Това е невероятно и трансформиращо за областта на разполагане на сензори, защото точно сега може да отнеме месеци, за да се разположат ръчно толкова много сензори.”

Поглед към електронните бордови сензори, вдъхновени от семената на глухарче, създадени от учени от Университета на Вашингтон
Поглед към електронните бордови сензори, вдъхновени от семената на глухарче, създадени от учени от Университета на Вашингтон

Марк Стоун / Вашингтонски университет

На земята всяка от малките платформи на екипа може да побере до четири сензора, измерващи температура, светлина, влажност и налягане и да предава данните от до 60 м (200 фута) разстояние. Дизайнът ги вижда да кацат със слънчеви панели, обърнати изправени в 95 процента от времето, а изследователите откриха, че промяната на техните форми леко променя начина, по който се движат във вятъра, гарантирайки, че се разпространяват на различни места.

„Това имитира биологията, където вариацията всъщност е функция, а не грешка“, каза съавторът Томас Даниел. „Растенията не могат да гарантират, че мястото, където са израснали тази година, ще бъде добро следващата година, така че имат някои семена, които могат да пътуват по-далеч, за да хеджират своите залози.“

Учените вече имат някои идеи за това как да подобрят този първоначален дизайн, като работят за биоразградими версии, за да избегнат проблема с разпръскването на електронни отпадъци сред съображенията.

„Това е само първата стъпка, поради което е толкова вълнуващо“, каза Айер. „Има толкова много други посоки, които можем да предприемем сега, като например разработване на по-мащабни внедрявания, създаване на устройства, които могат да променят формата си, когато падат, или дори добавяне на още малко мобилност, така че устройствата да могат да се движат, след като са на земята, за да по-близо до област, която ни интересува.”

Изследването е публикувано в списанието природата, докато видеото по-долу предлага преглед на технологията.

Разпръскване на вятъра на безжични устройства без батерии

Източник: Университет на Вашингтон



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели