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裝傳感器樹(shù)木為無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)供電

美國(guó)林務(wù)局利用由各種自動(dòng)化工作站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)跟蹤氣候條件,特別是在火災(zāi)季節(jié)。然而,這種太陽(yáng)能供電的遙控網(wǎng)絡(luò)需要大片的森林空地,以便陽(yáng)光能夠到達(dá)太陽(yáng)能采集板。
  與此同時(shí),美國(guó)林務(wù)局官員希望他們能夠在更大的樹(shù)木上安裝傳感器。
  目前,研究人員表示,通過(guò)利用樹(shù)木與地面之間的電壓差,新的超低功耗傳感器能夠從幾乎任何樹(shù)木上發(fā)射傳感器數(shù)據(jù)。該方法還不必清掃森林植被來(lái)接收太陽(yáng)能。
  “我們認(rèn)為,通過(guò)在每英畝僅僅4顆樹(shù)上安裝無(wú)線電傳感器,我們能夠提供更佳的火災(zāi)預(yù)測(cè)建模,更早的報(bào)警,以及較之于目前在任何森林中可用的更好的局部氣候數(shù)據(jù),”麻省理工學(xué)院的Andreas Mershin教授說(shuō)。

  MIT研究人員還預(yù)測(cè),樹(shù)木提供的電力將最終對(duì)其它類型的環(huán)境監(jiān)測(cè)有用,如觀測(cè)加拿大森林邊界的長(zhǎng)期膨脹擴(kuò)張趨勢(shì)。
  MIT科學(xué)家試圖確定為什么樹(shù)木有著不同于地面的電勢(shì)。在排除了若干其它可能性之后,如電磁輻射,他們從19世紀(jì)的研究中發(fā)現(xiàn)了其原理:pH值的差異能夠產(chǎn)生電勢(shì)。
  “正是樹(shù)木內(nèi)部與栽培樹(shù)木的土壤的pH值之間的不平衡產(chǎn)生了一個(gè)電壓,”Mershin表示,“對(duì)于每一步的pH失配來(lái)說(shuō),你獲得大約59毫伏的電壓差。”
  Mershin透露說(shuō),樹(shù)木和周圍土壤之間存在電勢(shì)差的重要性在于,樹(shù)木本身的新陳代謝維持該電勢(shì);不論是白天或是黑夜,秋天和春天,夏天和冬天,下雨或出太陽(yáng)。
  “因?yàn)闃?shù)木必須在它的內(nèi)部具有一定濃度的不斷新陳代謝以及執(zhí)行其它生物功能的離子,樹(shù)木本身積極的調(diào)節(jié)它自己的pH值。因此,不論你把樹(shù)栽培在具有什么pH值的土壤中,它均將努力地采用它的新陳代謝能量來(lái)保持它自己的pH值恒定,”Mershin說(shuō)道。
  其電勢(shì)是微弱的,但是,它持續(xù)維持該電勢(shì)的能力意味著它能被可靠地用于連續(xù)地給電池或電容接下來(lái)可以被用于每天給一個(gè)無(wú)線電傳感器節(jié)點(diǎn)供電四次,以發(fā)送數(shù)據(jù)。通過(guò)在安裝于樹(shù)木上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng),研究人員計(jì)劃把傳感器數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸至另一個(gè)節(jié)點(diǎn),直至它抵達(dá)一個(gè)地區(qū)的氣象站。該氣象站然后把來(lái)自各個(gè)樹(shù)的不同的傳感器讀數(shù)中繼至中央火災(zāi)預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)。
  MIT最近成立了一家稱為Voltree Power的公司,Mershin是它的科學(xué)家顧問(wèn),以利用它在樹(shù)電(tree power)上的發(fā)現(xiàn)。MIT高級(jí)研究人員Christopher Love擔(dān)任Voltree公司的研發(fā)副總裁。Mershin、Love以及MIT生物醫(yī)療工程中心總監(jiān)Shuguang Zhang一道,已經(jīng)能夠把最初的毫伏級(jí)電勢(shì)提升至超過(guò)1伏,足以為電池充電,為射頻設(shè)備供電,并把各個(gè)傳感器的輸出廣播至一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

  “通過(guò)利用專門選擇的金屬作為電極而地下的盒子由一顆釘子在樹(shù)的根部穿透樹(shù)木,Voltree已經(jīng)完善了它的技術(shù),”Mershin表示。
  在周圍土壤中的第二個(gè)電極為無(wú)線電傳感器節(jié)點(diǎn)的電子系統(tǒng)提供接地。天線導(dǎo)線沿著樹(shù)木盤纏而上,把樹(shù)上安裝的傳感器與地下的電子系統(tǒng)連接起來(lái)。
  美國(guó)林務(wù)局預(yù)計(jì)2009年春對(duì)目前正準(zhǔn)備之中的樹(shù)木供電的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
  樹(shù)木供電研究項(xiàng)目由MagCap Engineering以及MIT研究生研究機(jī)會(huì)計(jì)劃提供。

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