無須供電也能傳訊的水下感測器，可布置在海洋深處
作者 Emma stein | 發布日期 2019 年 08 月 21 日 13:59 |
一種無須電池、幾乎不用電源供應的水下感測與通訊系統被科學家研發出來了，麻省理工學院表示，這將能用來大面積覆蓋至今依然乏人問津的深層海洋，打造出「水下物聯網」。
電子儀器不用充電、不須配備電池聽起來很不可思議，但這確實是有可能美夢成真的研發方向，過去便有科學家嘗試過開發無須充電的手機，雖然結果表明，還有巨大瓶頸尚待突破。
而麻省理工學院團隊現在研發出無須充電、也不用裝備電池的水下感測器，能近乎零功率傳輸數據。
但要如何為無數個長期泡在海洋深處的感測器提供恆定功率？研究人員結合了兩種關鍵現象：反向散射（backscatter）、壓電效應（piezoelectric effect）。
反向散射是一種常用於無線射頻辨識（Radio Frequency IDentification，RFID）標籤的通訊技術，透過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據；壓電效應則是介電質材料中一種機械能與電能互換的現象。
團隊研發的水下感測與通訊系統包含發射器、接收器、感測器三部分，發射器和接收器必須連接電源，所以得放在船上或海上浮標，電池容易更換；感測器則是放在水下，其核心系統包含一個節點（node）、一個容納壓電共振器的電路板、一個能量收集單元、一個微控制器。
首先，發射器透過水發出聲波撞擊存儲數據的水下壓電感測器，接著壓電共振器吸收波後變形，如果不想反射波，則能量採集器從材料所產生的振動中儲存少量電荷，接收器接收不到反射波，就會解碼為 0；若感測器將聲波反射給接收器，則接收器就會解碼為 1，利用二進制方式有效通訊。
這項技術能將感測器布置在海洋深處，實時監測海水溫度梯度變化，也可以將感測器放在欲長時間研究的海洋生物身上，追蹤其去向而不用擔心感測器耗盡電力；甚至，未來有機會應用在探測器上，收集其他行星、衛星的海水樣本，比如土衛六泰坦。
影片：https://youtu.be/zC3HaY6YJLY
資料來源：https://technews.tw/…/battery-free-sensor-underwater-backs…/
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