10 年不用換電池!美國防部打算用「零功耗」感測器挽救軍人生命

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 14 日 8:10 | 分類 軟體、系統 , 電池
FLICKR Expert Infantry

在 11 月初剛剛結束的 IEEE 年度感測器技術大會(IEEE Sensor 2016)上,美國國防部高等研究計畫署(DARPA)向大眾展示了他們的待機「零功耗」最新感測器。



據 DARPA 的計畫經理 Troy Olsson 介紹,這種「零功耗」感測器待機時並絕對的「零功耗」,而是待機時的能量耗損非常小可以忽略。之所以能做到這一點,是由於該感測器使用了先進的微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)製程,利用超大規模積體電路的製造技術將微處理器、微傳感器、控制處理電路以及供電裝置等模組集中製造在一個單片矽基板上,形成了一個小巧、緊湊、超低功耗的整體。

此外,為了減少電能損耗,科學家們還在感測器的供電方式上做了更深度的最佳化。Troy Olsson 稱這種「零功耗」感測器能夠利用被探測訊號本身的能量來為感測器供電,例如電磁波、物理震動、超音波訊號等,DARPA 可以將這些被測訊號的能量轉化成自身工作的電能,並透過盡量簡單和低功耗的方式將探測結果回饋到接收端。例如當探測到敵方的通訊電磁波時,收發器可能只需要發送一串低功耗的「蜂鳴」信號以示警,而無需消耗大量電能發送最原始的探測數據。

Troy Olsson 介紹,視應用場景而定,「零功耗」感測器也會搭載一定容量的電池。除了做為系統最主要的能量來源之外,這些電池還能儲存太陽能板、物理震動能量收集器等裝置在感測器待機時收集到的微小能量,為更長久的待機提供支持。

雷鋒網配圖

▲ 圖為大規模部署的感測器網路,只在發送示警訊息時被喚醒。

Troy Olsson 表示:「我們希望降低感測器的功耗,使之能長期部署於戰場而不需更換電池。目前的做法是,在喚醒功耗更大的訊號處理器和收發器之前,利用訊號本身來驅動系統運行。這一做法目前看來是有效的,經科學家們的測算,憑藉這一技術製造的『零功耗』感測器配合恰當的電池技術,將能夠在戰場連續工作至少 10 年而不需要更換電池。」

目前有大量美軍在戰場上喪生,其中一個重要原因就是軍方無法依據理想的方式來部署感測器網路。Troy Olsson 舉例稱,在美軍參戰的海外地區,沿路如果有供電線路,美國國防部就能利用這些供電線路部署龐大的感測器網路,監測是否有恐怖分子挖掘道路安裝簡易爆炸裝置等危險行為。

而事實上,大多情況危險的戰區都沒有穩定可靠的供電線路,因此當前實際部署的幾乎所有感測器都要依靠電池供電,而這有可能讓更多美軍士兵的生命安全受到威脅,因為在需要替換感測器電池時,可能讓他們暴露於受伏擊的危險之中。Troy Olsson 說:「在戰鬥狀態下,我們不能只為了給雞蛋大小的感測器換一小塊電池而讓士兵們遭遇危險。」

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Flickr/Expert Infantry CC BY 2.0) 

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