Sciencemag.cz
Doporučujeme
Internet věcí a systémy bez baterií inspirované několika biologickými procesy.
Bezdrátové senzory mohou sledovat, jak se mění teplota, vlhkost nebo jiné vlastnosti prostředí na velkých plochách typu polí nebo lesů. Tyto technologie mohou posunout řadu odvětví a otevřít éru skutečného digitálního zemědělství. Jedním ze souvisejících problémů však dosud bylo, že fyzické rozmístění stovek senzorů na velkém území je časově i finančně náročné.
Vědci z University of Washington se proto inspirovali tím, jak svá semena rozšiřují pampelišky. Vyvinuli malé zařízení nesoucí senzory, které může být při pádu k zemi unášeno větrem. Systém je oproti semínku pampelišky (hmotnost 1 mg) těžší asi třicetkrát, přesto ale dokáže při mírném větru urazit až 100 metrů od místa, kde byl vypuštěn dronem. Jakmile se zařízení, které pojme nejméně čtyři senzory, ocitne na zemi,začne k napájení své elektroniky využívat solární panely. Údaje ze senzorů může sdílet až do vzdálenosti 60 metrů.
Důležitou částí výzkumu bylo vyvinout tvar, který by systému umožnil, aby padal pomalu a vítr ho mohl posunout o co největším vzdálenost. Výzkumníci proto otestovali celkem 75 návrhů tvaru. Aby se dosáhlo co nejnižší hmotnosti, k napájení elektroniky byly místo těžké baterie přidány solární panely. Zařízení přistálo v 95 % případů se solárními panely obrácenými vzhůru – jejich tvar a struktura jim umožňují převracet se a udržovat si i při pádu většinou správnou orientaci.
Bez baterie systém nemůže uchovávat elektrickou energii, takže po západu slunce senzory přestávají fungovat. Po východu slunce systém potřebuje k novému startu bohužel trochu více energie, než dokáže dodat miniaturní solární článek. Výzkumníci proto navrhli elektroniku tak, aby obsahovala i kondenzátor, který přes noc přece jen trochu energie dokáže uskladnit.
Ke komunikaci zařízení využívají tzv. zpětný rozptyl, což je metoda, která spočívá v odesílání informací odrážením vysílaných signálů. Prototypy zařízení se senzory, které měřily teplotu, vlhkost, tlak a intenzitu světla, odesílaly data až do západu slunce, kdy se vypnula. Ráno se sběr dat v pořádku obnovil.
Vikram Iyer, Wind dispersal of battery-free wireless devices, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04363-9. www.nature.com/articles/s41586-021-04363-9
Zdroj: University of Washington / TechXplore.com
