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MIT发明利用树木为无线网络提供电力
2008-10-06 17:55:31 作者： 来源：电子工程世界
关键字：MIT 发电
美国林务署(U.S. Forest Service)目前使用一种自动化观测站网络来追踪天气状况，尤其是在森林火灾好发的季节。不过这种由太阳能供电的远程网络需要大片的森林空地，才能让阳光接触到集电器。
现在研究人员开发了一种新方法，可藉由控制一棵树与地面上新型低耗电传感器间的电压差，将传感器的数据从任何一棵树上传送出去。这种方法可避免为了取得太阳能而清除森林的地面。
「我们认为这种在每1英亩区域范围内的4棵树上装置无线传感器的方法，能提供更佳的火灾预警模式、早期警报，以及比目前的森林中所采用的任何一种方法更准确的当地气候数据。」麻省理工学院(MIT)教授Andreas Mershin表示。
MIT的研究人员并预测，这种「树电(tree power)」未来将可应用于各种类型的环境监测装置，例如用来监视林木丛生的广阔美加边境。
这些MIT的科学家并试图找出树木与地面存在电压差的原因；在排除了诸如电磁辐射等可能性后，他们证实了一个19世纪以来的理论：不同的pH值会产生电压差。「树木内部与所栽植的土壤间的pH值不平衡，因此产生了电压。」Mershin指出：「每一刻度的pH值差异，会产生59毫伏(millivolts)的电压。」
Mershin表示，值得一提的是，这种树木与其栽植土壤之间的电压差，是由树木本身的新陈代谢来维持，因此无论是白天晚上、春夏秋冬四季，或是晴天下雨，都不受影响。「因为树木必须维持内部一定的离子浓度，才能顺利进行新陈代谢以及其它的生物功能。所以树木会自我管理pH值，无论你将树种在何种pH值的土壤内，树自己努力新陈代谢来维持固定的pH数值。」Mershin解释。
虽然该电压差很小，但是由于固定而连续，所以能可靠地一点一滴慢慢充饱一个电池或电容器，然后用来驱动一个无线传感器节点，每天传送出4次数据。透过布建由这些装置在树上的节点所组成的网状网络，研究人员计划让数据能在一个又一个节点间传递，最后抵达区域性的气象站，然后把每棵树上的传感器读数集中到火警预测的中央计算机上。
MIT最近将所研发的「树电」成果独立成一家公司，命名为Voltree Power，由Mershin担任科学顾问，MIT的大四学生Christopher Love则担任该公司的研发副总。他们两个与MIT生物医学工程中心总监Shuguang Zhang，已成功将一开始仅数毫伏的树电力提升到1伏特，足够慢慢充饱一颗电池，并以无线电将传感器的数据传送到网状网络。
「Voltree是利用了一种专利金属电极，以及一个钉在树根上的地下电箱(electronics box)，将该技术最佳化。」Mershin表示。在树木周围土壤中的次电极(second electrode)，可做为无线感测网络节点电子组件的接地线(ground)；一条沿着树木蜿蜒铺设的天线则用以连结树上的传感器以及地下电子组件。
目前已经有一块10英亩大小的「树电」无线感测网络在美国林务署的指示下布建完成，准备在2009年春天进行现场测试。