Американские исследователи из Вашингтонского университета разработали безаккумуляторные сенсоры, которые подпитываются солнечными панелями и могут переноситься по воздуху, как семена одуванчика. Сеть таких сенсоров может быть использована в сельском хозяйстве или для отслеживания климатических изменений. Статья о проделанной работе опубликована в журнале Nature.
Беспроводные сенсоры могут отслеживать различные параметры (температура, влажность воздуха и т. д.) на больших территориях, например в лесах или на фермах. Такую технологию могут использовать работники в сфере сельского хозяйства или исследователи, изучающие изменение климатических условий. Однако сейчас у этой технологии много недостатков и ограничений. В частности, размещать сенсоры на крупных территориях — дорого и долго.
Новая разработка американских ученых вдохновлена семенами одуванчика. Они создали небольшие устройства, которые содержат в себе сенсоры и могут перемещаться с помощью ветра. Эта система в 30 раз тяжелее семени одуванчика, но исследователи постарались сделать ее настолько легкой, насколько это возможно. Для начала ученые занялись разработкой оптимальной формы. Они протестировали 75 дизайнов устройства, чтобы выделить дизайн с наименьшей «конечной скоростью» — максимальной скоростью, которую девайс может развить, передвигаясь с помощью ветра. В основу дизайна легла двухмерная проекция формы семени одуванчика. У семян также есть усики, которые замедляют их падение. Ученые придали девайсу кольцеобразную форму, чтобы он был более жестким, а большая поверхность также способствует замедлению при полете. Для большей легкости ученые также отказались от аккумуляторов. Вместо них устройства оснащены солнечными панелями. Причем эксперимент показал, что на землю девайсы приземляются панелями вверх в 95% случаев.
Система сенсоров работает следующим образом — несколько тысяч таких устройств выбрасывают с одного места, чтобы ветер разнес их по земле. Чтобы оценить длительность полета девайсов, ученые проводили эксперименты, выбрасывая их с разной высоты либо с рук, либо с дрона. Исследователи отметили, что при этом различная форма каждого отдельного устройства будет преимуществом. Это тоже вдохновлено растениями: их семена могут различаться по форме, благодаря чему некоторые из них летают дальше и дольше, а другие приземляются раньше. Как заметили ученые, в данном случае неодинаковая форма — «это скорее не баг, а фича». Опыт показал, что сенсоры могут улетать на расстояние вплоть до 100 м от начальной точки.
Приземлившись на землю, устройства передают информацию обратно исследователям, которые могут находиться на расстоянии до 60 м от начальной точки. Однако есть нюанс: так как девайсы подпитываются солнечными батареями, они прекращают функционировать после захода солнца и снова начинают работу после рассвета. Стоит отметить, что для экономии энергии в устройство внедрили конденсатор. Одним из преимуществ полученных сенсоров является их долговечность: они будут функционировать, пока не разрушатся физически. Это же можно назвать и недостатком: детали сенсора могут загрязнять экосистему. По этой причине в дальнейшем исследователи собираются работать не только над дальностью полета сенсоров, но и над тем, чтобы устройства были биоразлагаемы. Одной из идей для будущих разработок является также то, чтобы устройства могли менять форму при падении или перемещаться по земле, чтобы собирать данные с конкретного участка.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
