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美國(guó)林務(wù)局利用由各種自動(dòng)化工作站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來跟蹤氣候條件，特別是在火災(zāi)季節(jié)。然而，這種太陽能供電的遙控網(wǎng)絡(luò)需要大片的森林空地，以便陽光能夠到達(dá)太陽能采集板。

    與此同時(shí)，美國(guó)林務(wù)局官員希望他們能夠在更大的樹木上安裝傳感器。

    目前，研究人員表示，通過利用樹木與地面之間的電壓差，新的超低功耗傳感器能夠從幾乎任何樹木上發(fā)射傳感器數(shù)據(jù)。該方法還不必清掃森林植被來接收太陽能。

    “我們認(rèn)為，通過在每英畝僅僅4顆樹上安裝無線電傳感器，我們能夠提供更佳的火災(zāi)預(yù)測(cè)建模，更早的報(bào)警，以及較之于目前在任何森林中可用的更好的局部氣候數(shù)據(jù)，”麻省理工學(xué)院的Andreas Mershin教授說。

    MIT研究人員還預(yù)測(cè)，樹木提供的電力將最終對(duì)其它類型的環(huán)境監(jiān)測(cè)有用，如觀測(cè)加拿大森林邊界的長(zhǎng)期膨脹擴(kuò)張趨勢(shì)。

    MIT科學(xué)家試圖確定為什么樹木有著不同于地面的電勢(shì)。在排除了若干其它可能性之后，如電磁輻射，他們從19世紀(jì)的研究中發(fā)現(xiàn)了其原理：pH值的差異能夠產(chǎn)生電勢(shì)。

    “正是樹木內(nèi)部與栽培樹木的土壤的pH值之間的不平衡產(chǎn)生了一個(gè)電壓，”Mershin表示，“對(duì)于每一步的pH失配來說，你獲得大約59毫伏的電壓差?！?

    Mershin透露說，樹木和周圍土壤之間存在電勢(shì)差的重要性在于，樹木本身的新陳代謝維持該電勢(shì)；不論是白天或是黑夜，秋天和春天，夏天和冬天，下雨或出太陽。

    “因?yàn)闃淠颈仨氃谒膬?nèi)部具有一定濃度的不斷新陳代謝以及執(zhí)行其它生物功能的離子，樹木本身積極的調(diào)節(jié)它自己的pH值。因此，不論你把樹栽培在具有什么pH值的土壤中，它均將努力地采用它的新陳代謝能量來保持它自己的pH值恒定，”Mershin說道。

    其電勢(shì)是微弱的，但是，它持續(xù)維持該電勢(shì)的能力意味著它能被可靠地用于連續(xù)地給電池或電容接下來可以被用于每天給一個(gè)無線電傳感器節(jié)點(diǎn)供電四次，以發(fā)送數(shù)據(jù)。通過在安裝于樹木上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)，研究人員計(jì)劃把傳感器數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸至另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至它抵達(dá)一個(gè)地區(qū)的氣象站。該氣象站然后把來自各個(gè)樹的不同的傳感器讀數(shù)中繼至中央火災(zāi)預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)。

    MIT最近成立了一家稱為Voltree Power的公司，Mershin是它的科學(xué)家顧問，以利用它在樹電(tree power)上的發(fā)現(xiàn)。MIT高級(jí)研究人員Christopher Love擔(dān)任Voltree公司的研發(fā)副總裁。Mershin、Love以及MIT生物醫(yī)療工程中心總監(jiān)Shuguang Zhang一道，已經(jīng)能夠把最初的毫伏級(jí)電勢(shì)提升至超過1伏，足以為電池充電，為射頻設(shè)備供電，并把各個(gè)傳感器的輸出廣播至一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

    “通過利用專門選擇的金屬作為電極而地下的盒子由一顆釘子在樹的根部穿透樹木，Voltree已經(jīng)完善了它的技術(shù)，”Mershin表示。

    在周圍土壤中的第二個(gè)電極為無線電傳感器節(jié)點(diǎn)的電子系統(tǒng)提供接地。天線導(dǎo)線沿著樹木盤纏而上，把樹上安裝的傳感器與地下的電子系統(tǒng)連接起來。

    美國(guó)林務(wù)局預(yù)計(jì)2009年春對(duì)目前正準(zhǔn)備之中的樹木供電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

    樹木供電研究項(xiàng)目由MagCap Engineering以及MIT研究生研究機(jī)會(huì)計(jì)劃提供。