樹木能源研究新動向 借力納米“升壓轉(zhuǎn)換器”

    樹木可以作為電源，但它們的電壓過低，無法為常規(guī)電池充電。位于西雅圖的華盛頓大學(xué)研究人員近期演示了一個納米級的“升壓轉(zhuǎn)換器”，發(fā)掘了樹木生成的超低壓電勢。

    “納米級不僅僅是指體積，同時代表能量與電力的消耗量。”工程學(xué)教授Babak Parviz解釋說。他專精于被自己稱為“生物與電力工程接口研究”的領(lǐng)域。“普通電子器件無法工作于我們從樹木中獲取的電流、電壓之上。”

    據(jù)研究人員表示，一棵樹的輸出電壓可能低至20mV。他們設(shè)計了一個電路以蓄積足夠的電力然后再輸出1.1V電流，足以驅(qū)動無線傳感器。微小的納米級能源采集器工作時的消耗僅為10nW，不過大部分時間它都處于睡眠模式。

    他們還設(shè)計了特別的超低功耗時鐘電路，睡眠模式下功耗1nW。只需蓄積350mV電壓便能喚醒它。

    設(shè)計能源采集器的同時，研究人員還嘗試通過監(jiān)視樹木電能輸出的“脈搏”來判斷樹木的健康狀況。“你去看醫(yī)生時，他們的第一步要測量的就是你的脈搏，”Parviz教授解釋，“樹木內(nèi)的某些信號也類似人體內(nèi)的情況，但是速度更慢。”

    去年，麻省理工學(xué)院的研究人員在試圖控制樹干內(nèi)與地面pH值差異時證實了“樹木能源”背后的理論。學(xué)院的Andreas Mershin教授證實了樹木內(nèi)部系統(tǒng)通過做功維持固定pH值差異，從而可以驅(qū)動任何能源采集系統(tǒng)。

    Mershin教授成立了一家名為Voltree Power的公司，該公司最近贏得了美國林務(wù)局的合同，供應(yīng)由樹木驅(qū)動的無線網(wǎng)格傳感器網(wǎng)絡(luò)。“我們設(shè)計了一種專為林務(wù)局定制的產(chǎn)品，可以嵌入他們現(xiàn)有的氣象站。”Voltree公司首席執(zhí)行官Stella Karavas說。

    林務(wù)局在美運(yùn)作著28000個氣象站，每個氣象站都由地面向衛(wèi)星傳送環(huán)境狀況。Voltree公司的能源采集器從周遭森林搜集數(shù)據(jù)并通過無線傳送至現(xiàn)有氣象站。■