華盛頓大學的研究人員研發(fā)出一款傳感器“背包”，小到可以“騎”在大黃蜂上

據(jù)麥姆斯咨詢報道，如今農(nóng)民們已經(jīng)可以使用無人機巡視農(nóng)場，從而監(jiān)測溫度、濕度或農(nóng)作物健康狀況。但是要使這些機器長時間地飛行，需要非常大的電力，因此如果中途不充電，它們就飛不了多遠，這使得無人機巡視的范圍和時間受到了極大的限制。近日，華盛頓大學的工程師們發(fā)明了一種小到能夠“騎”在大黃蜂身上的傳感系統(tǒng)。因為此類昆蟲可以自己飛行，所以該“背包”只需要一節(jié)微型充電電池，就可以維持7小時的飛行時間?？茖W家們指出，當蜜蜂回到蜂巢時，電池也相應(yīng)地回到蜂巢中，他們就可以通過無線方式對電池進行充電，6小時內(nèi)即可充滿。他們還表示，太陽能電池可能有一天會取代目前設(shè)計中所使用的電池。該研究小組于12月11日在新德里舉行的MobiCom會議上詳細介紹了他們的研究結(jié)果?！盁o人機飛行10~20分鐘就需要充電，而我們的蜜蜂可以進行數(shù)小時的數(shù)據(jù)收集?！比A盛頓大學保羅·艾倫計算機科學與工程學院副教授、該研究資深作者Shyam Gollakota說，“實驗證明，用蜜蜂來完成其它無人機所做的計算和傳感任務(wù)是可行的?！?/p>

雖然用蜜蜂代替無人機解決了供電問題，但該技術(shù)仍存在著許多問題有待解決：首先，蜜蜂的體型較小，攜帶能力非常有限；第二，GPS接收器在定位方面具有優(yōu)勢，但對于該應(yīng)用來說，會需要消耗不少電量。為了開發(fā)適合蜜蜂攜帶同時還能感知其位置的傳感器“背包”，團隊必須解決這兩個問題。科學家們用三種大黃蜂做了實驗，發(fā)現(xiàn)健康的工蜂可以攜帶大約105毫克的物體飛行和盤旋。“我們最終決定使用大黃蜂，因為它們足夠大，有能力攜帶為我們系統(tǒng)供電的微型電池，而且它們每天晚上都會回到蜂巢，在那里我們可以通過無線方式給電池充電?！闭撐牡墓餐髡?、華盛頓大學電氣和計算機工程系的博士生Vikram Iyer說道，“在此項研究中，我們采用了照顧和護理這些生物的最佳方法?！?/p>

Vikram Iyer觀察安裝傳感器“背包”的大黃蜂（在集裝箱內(nèi)飛行）是否有異常

之前，其他研究小組已經(jīng)通過超粘小型追蹤器，比如射頻識別（RFID），給大黃蜂配備了簡單的“背包”，用來跟蹤它們的活動。對于此類實驗，研究人員先將蜜蜂放置在冰箱里幾分鐘，以便在將“背包”粘在它們身上之前降低它們的速度。實驗完成后，團隊再通過類似的過程移除“背包”。然而，這些先前的研究只是簡單地追蹤蜜蜂在近距離內(nèi)（大約25厘米）位置的“背包”數(shù)據(jù)，卻沒有任何有關(guān)蜜蜂周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)。因此，Gollakota、Iyer以及他們的團隊重新設(shè)計了一款傳感器“背包”，它可以“騎”在蜜蜂的背上，僅重102毫克，大約是7粒生米的重量，尺寸僅為6.1 x 6.4毫米。“為‘背包’供電的可充電池重量約為70毫克，所以我們還有30毫克多一點的剩余重量給其它產(chǎn)品，比如傳感器和追蹤蜜蜂位置的定位系統(tǒng)?！卑瑐悓W校的博士生、該研究共同作者Rajalakshmi Nandakumar說道。

傳感器“背包”重102毫克

因為蜜蜂不會在飛行所到之處做標記，同時也因為GPS接收器太耗電，無法放置在一只小昆蟲身上，該團隊想出了一種無需電力即可定位蜜蜂的方法。研究人員在農(nóng)場內(nèi)設(shè)置了多根天線組成的基站，通過特定區(qū)域發(fā)射來自基站的信號。而蜜蜂“背包”中的接收器能識別這些信號的強度和角度，通過三角定位法得出蜜蜂的位置信息并將其記錄下來?！盀榱藴y試該方法是否可行，我們在足球場上做了一個實驗?！惫餐髡?、艾倫學校博士生Anran Wang說，“我們在場地的一側(cè)設(shè)置了四根天線組成的基站，然后讓一只蜜蜂背著‘背包’在遠離天線的罐子里飛來飛去。我們依然能夠探測到蜜蜂的位置，只要它在天線周圍80米的范圍內(nèi)（大約足球場長度的四分之三）。”接下來，該團隊又在“背包”中增加了一系列小型傳感器，用來監(jiān)測溫度、濕度和光照強度等。這樣，蜜蜂就可以收集這些數(shù)據(jù)，并將這些信息連同它們的位置一起記錄下來，最終就能夠收集到整個農(nóng)場的信息?！坝^察蜜蜂是否更喜歡農(nóng)場的某個區(qū)域，而不太經(jīng)常去其它區(qū)域，這將會很有趣?！惫餐髡咧?、華盛頓大學機械工程系助理教授Sawyer Fuller說道，“或者，如果你想知道某個特定區(qū)域發(fā)生了什么，你也可以對‘背包’進行編程，告訴它：‘嘿，蜜蜂，如果你去這個地方，順便測量一下溫度吧?！碑斆鄯渫瓿闪艘惶斓囊捠澈?，回到蜂巢，“背包”可以通過一種叫做反向散射的方法上傳收集到的數(shù)據(jù)，通過這種方法，設(shè)備可以通過反射從附近天線發(fā)射過來的無線電信號來共享信息。

帶著“背包”的蜜蜂仍然可以采蜜、控制飛行和正常進行其它活動

目前，該“背包”只能存儲大約30千字節(jié)的數(shù)據(jù)，所以它們只攜帶能產(chǎn)生少量數(shù)據(jù)的傳感器。此外，只有當蜜蜂回到蜂巢時，“背包”才能上傳數(shù)據(jù)。該團隊希望最終能夠開發(fā)出帶有攝像頭的“背包”，這樣就可以將有關(guān)植物健康的信息實時反饋給農(nóng)民。“讓蜜蜂攜帶這些傳感器系統(tǒng)對農(nóng)場是有益的，因為蜜蜂可以感知物體，但電子產(chǎn)品，比如無人機，就不能?！盙olakota說道，“無人機只是隨意地飛行，而蜜蜂會被特定的東西吸引，比如它喜歡授粉的植物。除了了解環(huán)境，你還可以學習并研究蜜蜂的行為?！?/p>