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第一个能够骑正在蜜蜂上的传感器包

gecimao 发表于 2019-03-10 12:15 | 查看: | 回复:

  农民已经可以使用无人机在巨大的田地上翱翔,并监测温度,湿度或作物健康状况。但是这些机器需要很大的动力来飞行而不需要充电它们就不会走得太远。

  现在,华盛顿大学的工程师已经建立了一个小到足以乘坐大黄蜂的传感系统。因为昆虫可以自己飞行,所以包装只需要一个可以持续七个小时飞行的微型可充电电池,然后在蜜蜂晚上进入蜂巢时充电。该研究小组将于12月11日在线发布其调查结果,并亲自参加ACM MobiCom 2019年会议。

  “无人机可以在需要再次充电之前飞行大约10或20分钟,而我们的蜜蜂可以收集数小时的数据,”资深作者Shyam Gollakota说,他是美国威斯康星大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院的副教授。“我们第一次展示了使用昆虫代替无人机实际进行所有这些计算和感知的可能性。”

  虽然使用昆虫代替无人机解决了电力问题,但这种技术有其自身的一系列复杂情况:首先,昆虫不能承受太多的重量。其次,GPS接收器可以很好地帮助无人机报告其位置,为此应用消耗太多功率。为了开发一种能够适应昆虫并感知其位置的传感器包,该团队必须解决这两个问题。

  “我们决定使用大黄蜂,因为它们足够大,可以携带一个可以为我们的系统供电的微型电池,并且每天晚上我们都会回到蜂巢,我们可以无线充电电池,”共同作者Vikram Iyer说,他是一名博士生在华盛顿大学电气与计算机工程系。“在这项研究中,我们采用了最好的护理和处理这些生物的方法。”

  此前,其他研究小组已经通过超级小型跟踪器(如射频识别或RFID标签)为大黄蜂配备了简单的“背包”,以跟随他们的运动。对于这些类型的实验,研究人员将蜜蜂放入冰箱几分钟,以便在它们粘在背包上之前减慢速度。当他们完成实验后,团队通过类似的过程移除背包。

  然而,这些先前的研究仅涉及简单地追踪蜜蜂在短距离(大约10英寸)位置的背包,并且没有携带任何东西来调查昆虫周围的环境。在这里,Gollakota,Iyer和他们的团队设计了一个传感器背包,它骑在蜜蜂的背上,重达102毫克,或大约7粒未煮过的米饭的重量。

  “为背包供电的可充电电池重约70毫克,所以我们还剩下30多克用于其他一切,如传感器和定位系统,以追踪昆虫的位置,”共同作者Rajalakshmi Nandakumar说,他是一名博士生。艾伦学校。

  因为蜜蜂不会在他们飞行的地方做广告,而且由于GPS接收器太耗电而无法乘坐小型昆虫,因此该团队提出了一种不使用电力来定位蜜蜂的方法。研究人员设置了多个天线,这些天线在特定区域内广播来自基站的信号。蜜蜂背包中的接收器使用信号的强度和蜜蜂与基站之间的角度差来对昆虫的位置进行三角测量。

  “为了测试本地化系统,我们在足球场上做了一个实验,”共同作者艾伦学校的博士生Anran Wang说。“我们在场地的一侧设置了四个天线的基站,然后我们有一只带背包的蜜蜂在我们远离天线的罐子里飞来飞去。我们能够检测到蜜蜂的位置它距天线米,大约是足球场长度的四分之三。“

  接下来,该团队为背包添加了一系列小型传感器 - 监测温度,湿度和光照强度。这样,蜜蜂可以收集数据并记录该信息及其位置,并最终编译有关整个农场的信息。

  “看到蜜蜂更喜欢农场的一个区域并且不经常访问其他区域将会很有趣,”联合作者,机械工程系助理教授Sawyer Fuller说。“或者,如果你想知道特定区域发生了什么,你也可以给背包编程说:嘿蜜蜂,如果你去这个地方,请读温度。”

  然后在蜜蜂完成觅食之后,他们会回到自己的蜂巢,背包可以通过一种称为反向散射的方法上传其收集的任何数据,通过这种方法,设备可以通过反射从附近天线发送的无线电波来共享信息。

  目前,背包只能存储大约30千字节的数据,因此它们仅限于携带可产生少量数据的传感器。此外,背包只有在蜜蜂返回蜂巢时才能上传数据。该团队最终希望开发出带有摄像头的背包,这些摄像头可以将有关植物健康的信息直播给农民。

  “昆虫携带这些传感器系统可能对农场有益,因为蜜蜂可以感知电子物体,如无人机,不能,”Gollakota说。“有了无人机,你只是随意飞来飞去,而蜜蜂则会被特定的东西所吸引,就像它喜欢授粉的植物一样。除了学习环境之外,你还可以学到很多东西。蜜蜂表现得很好。“

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