受蒲公英如何利用风来传播种子的启发，华盛顿大学的一个团队开发了一种携带传感器的微型设备，当它向地面翻滚时，可以被风吹动。这种无电池的设备使用太阳能电池板(这里显示的黑色矩形)为其机载电子设备供电。鸣谢:Mark Stone/华盛顿大学的无线传感器可以监测大片土地(如农场或森林)的温度、湿度或其他环境条件如何变化。这些工具可以为各种应用提供独特的见解，包括数字农业和监测气候变化。然而，一个问题是，目前在大面积上物理地放置数百个传感器是耗时且昂贵的。
受蒲公英如何利用风来传播种子的启发，华盛顿大学的一个团队开发了一种携带传感器的微型设备，当它向地面翻滚时，可以被风吹动。这个系统大约是1毫克蒲公英种子的30倍重，但仍然可以在微风中飞行100米，大约一个足球场的长度，从那里由无人机释放。一旦着陆，该设备可以容纳至少四个传感器，使用太阳能电池板为其机载电子设备供电，并可以共享60米以外的传感器数据。
该小组在3月16日的《自然》杂志上发表了这些结果。
“我们展示了你可以使用现成的组件来创造微小的东西。我们的原型表明，你可以使用无人机在一次投放中释放数千个se设备。它们在风中传播的方式会有所不同，基本上你可以用这一滴创建一个拥有1000台设备的网络，”资深作者、保罗·g·艾伦计算机科学与工程学院的UW教授希亚姆·戈拉科塔说。“这对于部署传感器领域来说是惊人的变革，因为现在手动部署这么多传感器可能需要几个月的时间。”
因为设备上有电子设备，所以很难让整个系统像真正的蒲公英种子一样轻。第一步是开发一种形状，使该系统能够利用落地的时间，让它能够被微风吹来吹去。研究人员测试了75种设计，以确定什么会导致最小的“终端速度”，或设备在空中下落时的最大速度。
“蒲公英种子结构的工作原理是，它们有一个中心点，这些小刚毛伸出来减缓它们的下落。我们对它进行了2D投影，以创建我们结构的基础设计，”艾伦学院UW助理教授、主要作者维克拉姆·伊耶说。“随着体重的增加，我们的刷毛开始向内弯曲。我们增加了一个环形结构，使其更加坚硬，并占用更多的面积来帮助减缓速度。”
为了保持轻便，该团队使用太阳能电池板代替沉重的电池为电子设备供电。这些设备着陆时，太阳能电池板95%的时间都是垂直的。它们的形状和结构允许它们翻转并以类似蒲公英种子的垂直方向落下。
受蒲公英如何利用风来传播种子的启发，华盛顿大学的一个团队开发了一种携带传感器的微型设备，当它向地面翻滚时，可以被风吹动。该设备的板载电子设备包括传感器、一个通宵存储电荷的电容器和一个运行系统的微控制器，所有这些都包含在一个柔性电路中，如图所示。鸣谢:马克·斯通/华盛顿大学没有电池，然而，该系统无法存储电荷，这意味着太阳下山后，传感器停止工作。然后当第二天早上太阳升起时，这个系统需要一点能量来启动。
“挑战在于，当你第一次打开芯片时，大多数芯片会在短时间内消耗稍多的能量，”Iyer说。“在开始执行您编写的代码之前，他们会检查以确保一切正常。当你打开手机或笔记本电脑时，也会发生这种情况，但当然它们有电池。”
该团队设计的电子设备包括一个电容器，一种可以储存一些电荷过夜的设备。
“然后我们有这个小电路来测量我们储存了多少能量，一旦太阳升起，有更多的能量进来，它就会触发系统的其余部分打开，因为它感觉到它高于某个阈值，”Iyer说。
这些设备使用反向散射，一种通过反射传输信号来发送信息的方法，以无线方式将传感器数据发送回研究人员。携带传感器的设备——测量温度、湿度、压力和光线——发送数据直到日落时关闭。当设备在第二天早上重新启动时，数据收集继续进行。
受蒲公英如何利用风来传播种子的启发，华盛顿大学的一个团队开发了一种微型无电池传感器携带设备，当它向地面翻滚时，可以被风吹动。第一步是开发一种形状，使系统在落到地面上时能够从容不迫，这样它就可以被微风吹动。研究人员测试了75种设计(其中一些用黄色显示)，以确定什么会导致最小的“终端速度”，或设备在空中下落时的最大速度。鸣谢:Mark Stone/华盛顿大学为了测量这些设备在风中能走多远，研究人员在校园内用手或无人机从不同高度扔下它们。研究人员说，从一个落点展开这些设备的一个技巧是稍微改变它们的形状，以便它们在微风中有所不同。
“这是在模仿生物学，变异实际上是一种特征，而不是一种缺陷，”合著者、UW生物学教授Thomas Daniel说。“植物不能保证它们今年生长的地方明年会很好，所以它们有一些种子可以传播到更远的地方来对冲它们的赌注。”
无电池系统的另一个好处是，这个设备上没有什么会耗尽电量——设备将继续运行，直到它发生物理故障。这样做的一个缺点是，电子产品将分散在感兴趣的生态系统中。研究人员正在研究如何使这些系统更加可生物降解。
“这只是第一步，这就是为什么它如此令人兴奋，”Iyer说。“我们现在可以采取许多其他方向，例如开发更大规模的部署，创建可以在下落时改变形状的设备，甚至增加一些移动性，以便设备一旦着陆就可以四处移动，以更接近我们感兴趣的区域。”
Hans Gaensbauer是UW大学电子和计算机工程专业的本科生，他完成了这项研究，现在是Gridware的工程师，他也是合著者之一。
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