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飞蛾作为无人机:研究人员利用昆虫空投传感器

2020-10-16 11:35:11浏览:656来源:中国激光网   

美国华盛顿大学研究人员开发了一种传感器,它的重量为98毫克,从六层楼高处坠落后可以保持完好,可以使用飞行中的昆虫进行交付,落地之后传感器可以收集近三年的数据并进行无线传输,例如,温度或湿度等环境数据。

图1. 飞蛾背上有一个很轻的传感器。

传感器网络具有改变多个领域的潜力,包括工业传感,智能农业和森林管理。更具体地说,气候科学家正在部署传感器,以在从冰川裂缝到火山和野生森林的不同地形上进行环境监测。但是,人工部署传感器的开销仍然是传感器网络广泛采用的主要障碍。手动部署传感器是一项昂贵,费力的过程,不能很好地根据传感器的数量进行调整,也不能在较大的地理区域进行部署。此外,很难将传感器部署在诸如森林和冰川之类的困难地形中,或者工厂管道内或电器附近等难以触及的空间中部署传感器可能会存在安全隐患,这需要对部署传感器的人员进行大量物理培训和专业知识的要求。

为此,研究人员探讨了利用空中平台在空气中部署和空投无线传感器的可能性。他们从大自然中汲取灵感,比如蚂蚁等小昆虫,相对表面积来说质量很小,从高处坠落的时候受到的空气阻力小,因此它们会缓慢下落并达到较低的末端速度,撞击表面时几乎没有能量消散并安全到达。受此启发,他们设计了昆虫大小的无线传感器,约98mg重。

该传感器与板载电源和37 mg的机械执行器完全集成在一起,它可以由细铁丝线圈围绕的磁性针固定在无人机或昆虫上,为了释放传感器,地面上的研究人员发送无线蓝牙命令,该命令产生通过线圈的电流以产生磁场。磁场使磁针突然弹出,并在途中发送传感器。传感器设计的时候将电池(最重的部分)放在边角上,这样当传感器掉落时,开始围绕电池旋转,产生额外的阻力并减慢其下降速度。这样,再加上传感器的轻巧重量,最大跌落速度可保持在每小时11英里左右,从而使传感器安全地着地。传感器在飞行过程中使掉落,仅消耗450 ??J的能量,并且无线通信链路可以以33 kbps的速度传输传感器数据,最远可达1公里。

部署后,当使用68 mg电池每小时传输10-50个数据包时,无线传感器可以运行1.3-2.5年。他们使用28毫米宽的小型无人机和飞蛾(Manduca sexta)进行传感器交付验证,传感器在坠落时会颤动,但从22米高空坠落撞击到瓷砖地板时不会受到任何损坏。

研究人员设想采用该系统在研究区域内创建传感器网络,例如,使用无人机或昆虫将传感器分散在想要监视的森林或农场中。

研究人员指出,该传感器未来的发展方向是:1,使用单个小型无人机或昆虫部署多个传感器;2.控制昆虫导航到特定位置,然后释放传感器;3.将传感器与更好的导航集成在一起,实现自动化部署。4.计划用太阳能电池替换电池或使用无人机恢复电量耗尽的传感器。

 
(责任编辑:小编)
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