信不信由你：樹木能為無線網路提供電力

上網時間: 2008年10月06日

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更多精選文章美國林務署(U.S. Forest Service)目前使用一種自動化觀測站網路來追蹤天氣狀況，尤其是在森林火災好發的季節。不過這種由太陽能供電的遠端網路需要大片的森林空地，才能讓陽光接觸到集電器。

現在研究人員開發了一種新方法，可藉由控制一棵樹與地面上新型低耗電感測器間的電壓差，將感測器的資料從任何一棵樹上傳送出去。這種方法可避免為了取得太陽能而清除森林的地面。


「我們認為這種在每1英畝區域範圍內的4棵樹上裝置無線感測器的方法，能提供更佳的火災預警模式、早期警報，以及比目前的森林中所採用的任何一種方法更準確的當地氣候資料。」麻省理工學院(MIT)教授Andreas Mershin表示。


MIT的研究人員並預測，這種「樹電(tree power)」未來將可應用於各種類型的環境監測裝置，例如用來監視林木叢生的廣闊美加邊境。


這些MIT的科學家並試圖找出樹木與地面存在電壓差的原因；在排除了諸如電磁輻射等可能性後，他們證實了一個19世紀以來的理論：不同的pH值會產生電壓差。「樹木內部與所栽植的土壤間的pH值不平衡，因此產生了電壓。」Mershin指出：「每一刻度的pH值差異，會產生59毫伏(millivolts)的電壓。」


Mershin表示，值得一提的是，這種樹木與其栽植土壤之間的電壓差，是由樹木本身的新陳代謝來維持，因此無論是白天晚上、春夏秋冬四季，或是晴天下雨，都不受影響。「因為樹木必須維持內部一定的離子濃度，才能順利進行新陳代謝以及其他的生物功能。所以樹木會自我管理pH值，無論你將樹種在何種pH值的土壤內，樹自己努力新陳代謝來維持固定的pH數值。」Mershin解釋。


雖然該電壓差很小，但是由於固定而連續，所以能可靠地一點一滴慢慢充飽一個電池或電容器，然後用來驅動一個無線感測器節點，每天傳送出4次資料。透過佈建由這些裝置在樹上的節點所組成的網狀網路，研究人員計畫讓資料能在一個又一個節點間傳遞，最後抵達區域性的氣象站，然後把每棵樹上的感測器讀數集中到火警預測的中央電腦上。


MIT最近將所研發的「樹電」成果獨立成一家公司，命名為Voltree Power，由Mershin擔任科學顧問，MIT的大四學生Christopher Love則擔任該公司的研發副總。他們兩個與MIT生物醫學工程中心總監Shuguang Zhang，已成功將一開始僅數毫伏的樹電力提升到1伏特，足夠慢慢充飽一顆電池，並以無線電將感測器的數據傳送到網狀網路。


「Voltree是利用了一種專利金屬電極，以及一個釘在樹根上的地下電箱(electronics box)，將該技術最佳化。」Mershin表示。在樹木週圍土壤中的次電極(second electrode)，可做為無線感測網路節點電子元件的接地線(ground)；一條沿著樹木蜿蜒鋪設的天線則用以連結樹上的感測器以及地下電子元件。


目前已經有一塊10英畝大小的「樹電」無線感測網路在美國林務署的指示下佈建完成，準備在2009年春天進行現場測試。


(參考原文： Tall tale: Trees could power wireless networks，by R. Colin Johnson)