在 11 月初剛剛結(jié)束的 IEEE 年度傳感器技術(shù)大會(huì) ( IEEE Sensor 2016 ) 上，美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)畫署 ( DARPA ) 向公眾展示了他們能夠?qū)崿F(xiàn)待機(jī)“零功耗”的最新傳感器。

據(jù) DARPA 的項(xiàng)目經(jīng)理 Troy Olsson 介紹，這種“零功耗”傳感器待機(jī)時(shí)并絕對(duì)的“零功耗”，而是待機(jī)時(shí)的能量耗損非常小可以忽略。之所以能做到這一點(diǎn)，是由于該傳感器使用了先進(jìn)的微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）工藝，利用超大規(guī)模集成電路的制造技術(shù)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制造在一個(gè)單片硅基板上，形成了一個(gè)小巧、緊湊、超低功耗的整體。

此外，為了減少電能損耗，科學(xué)家們還在傳感器的供電方式上做了更深度的優(yōu)化。Troy Olsson 稱這種“零功耗”傳感器能夠利用被探測(cè)信號(hào)本身的能量來(lái)為傳感器供電，例如電磁波、物理震動(dòng)、超聲波信號(hào)等，DARPA 可以將這些被測(cè)信號(hào)的能量轉(zhuǎn)化成自身工作的電能，并通過(guò)盡量簡(jiǎn)單和低功耗的方式將探測(cè)結(jié)果反饋到接收端。例如當(dāng)探測(cè)到敵方的通訊電磁波時(shí)，收發(fā)器可能只需要發(fā)送一串低功耗的“蜂鳴”信號(hào)以示告警，而無(wú)需消耗大量電能發(fā)送最原始的探測(cè)數(shù)據(jù)。

Troy Olsson 介紹，視應(yīng)用場(chǎng)景而定，“零功耗”傳感器也會(huì)搭載一定容量的電池。除了作為系統(tǒng)最主要的能量來(lái)源之外，這些電池還能存儲(chǔ)太陽(yáng)能板、物理震動(dòng)能量收集器等裝置在傳感器待機(jī)時(shí)收集到的微小能量，為更長(zhǎng)久的待機(jī)提供支持。

圖示為大規(guī)模部署的傳感器網(wǎng)絡(luò)，只在發(fā)送告警信息時(shí)被喚醒

Troy Olsson 表示：“我們希望降低傳感器的功耗，使之能長(zhǎng)期部署于戰(zhàn)場(chǎng)而不需更換電池。目前的做法是，在喚醒功耗更大的信號(hào)處理器和收發(fā)器之前，利用信號(hào)本身來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。這一做法目前看來(lái)是有效的，經(jīng)科學(xué)家們的測(cè)算，憑借這一技術(shù)制造的‘零功耗’傳感器配合恰當(dāng)?shù)碾姵丶夹g(shù)，將能夠?qū)崿F(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)連續(xù)工作至少 10 年而不需要更換電池。”

目前有大量美軍在戰(zhàn)場(chǎng)上喪生，其中一個(gè)重要原因就是軍方無(wú)法依據(jù)理想的方式來(lái)部署傳感器網(wǎng)絡(luò)。Troy Olsson 舉例稱，在美軍參戰(zhàn)的海外地區(qū)，沿路如果有供電線路，美國(guó)國(guó)防部就能利用這些供電線路部署龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)是否有恐怖分子挖掘道路安裝簡(jiǎn)易爆炸裝置等危險(xiǎn)行為。而事實(shí)上，大多情況危險(xiǎn)的戰(zhàn)區(qū)都沒(méi)有穩(wěn)定可靠的供電線路，因此當(dāng)前實(shí)際部署的幾乎所有傳感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?yàn)樵谛枰鎿Q傳感器電池時(shí)，可能讓他們暴露于受伏擊的危險(xiǎn)之中。Troy Olsson 說(shuō)：“在戰(zhàn)斗狀態(tài)下，我們不能只為了給雞蛋大小的傳感器換一小塊電池而讓士兵們?cè)獾轿ｋU(xiǎn)?！?/p>

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