無線感測器技術（wireless sensors）目前多用於測量與監控農場、森林等大片土地，並蒐集溫度、濕度等環境變因，無論是在數位化農業、氣候變遷風險控管等領域，都擁有出色的應用潛力。不過迄今為止，大多數感測器都由電池供電，且必須由專業人員親自到現場一一擺放感測器裝置，對於大面積監控範圍而言，安裝過程顯得耗時耗力，金錢成本也高昂。
如果現在有項新發明，能讓這過程變得像蒲公英散播種子一樣，輕盈又快速，那無線感測器是否能更快達成普及應用呢？
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向大自然借點子：仿生學的物聯網應用
蒲公英通過風力傳播種子，蒲公英花在成熟之後，模樣就像一把毛茸茸的降落傘，帶著冠毛的種子會迎風而起、隨著風飄蕩，將種子帶到遠方。
受到蒲公英的啟發，來自華盛頓大學的研發團隊，開發出一種新型感測器攜帶設備，它們可以像蒲公英種子一樣，一邊降落、一邊被風吹著前進，輕鬆抵達遠方。
雖然比起重量僅僅一毫克的蒲公英種子，該系統「重達」 30 毫克，不過當這些微型設備被無人機釋放時，還是有辦法在微風推動下，飛行約 100 公尺，並於著陸後持續發送距離 60 公尺以上的傳感器數據。
專案負責人表示：「我們的研究成果顯示，未來部署感測器只需要一台無人機，一次撒落上千台微型裝置，再任由風將它們帶往隨機位置，每一台的降落處都會有些許不同。基本上，你就能毫不費力地布置好由 1000 具感測器組成的監測網絡。」
這項蒲公英發明原型，在今年 3 月 16 號被刊登於《自然》（Nature）這本科學期刊上。每年許多最重要、最前端的科學研究結果，都會在《自然》中以短文章形式發表。這項發明不僅為小規模、專用化運算（purpose-built computing）作出貢獻，也不失為嵌入式電子設備（embedded electronics）下一個發展新方向。
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75 種設計測試，發現這形狀最給力
為了確定裝置在空氣中下落時的最大速度，藉以評估這些設備在風中能行進多遠，還要確保整套系統能像真正的蒲公英種子那樣，輕輕巧巧地降落地面，研究團隊連番測試了 75 種設計，才發現蒲公英種子的結構圍繞一個中心點，周圍延伸出來的絨毛，則能減緩降落速度，形成隨風漂浮前進的效果。
不過電子設備畢竟還是有一定重量，不可能像種子一樣輕盈，因此研究人員添加了加固性質的環形結構，並占用更多的面積來幫助減慢速度，才不會一下子就落到地面上；最終，系統的形狀和結構使它們幾乎能夠像蒲公英種子一樣，約有 95% 的機率保持直立的方向翻轉和掉落。
如何兼顧靈活輕便與動力來源？
為了保持系統盡可能輕便，團隊捨棄笨重的電池，選用太陽能電池板為電子設備供電，每台設備可以攜帶至少四個感測器。
這些設備使用反向散射（backscatter，一種通過反射傳輸信號來發送資訊的方法），將感測器數據無線回報給研究人員。帶有感測器的設備會測量溫度、濕度、壓力和光，並在關閉時發送日落前的數據。第二天早上，當這些設備重新啟動時，數據收集又重新開始了。
然而沒有電池，系統便無法儲存電力，一旦太陽下山感測器就會失效；此外，電子設備每回開關機之際，晶片都會需要些許電力進行系統檢查，才能開始運作。為此，研究團隊的解方是在電路中加上一具電容器，這種被動電子元件能將少量電能儲存在電場中，使系統不至於完全無動能；等到太陽升起就有更多電能湧入，足以觸發感測器的其餘功能。
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飛得更高、更遠、更綠能
無電池感測系統除了輕巧，另一項優勢就在於它不會有「沒電」的問題，理論上能一路用到硬體本身故障或毀損。然而這項系統原型仍存在不少改善空間，例如是否能讓所有元件具備生物可降解（biodegradable）的特性，以免撒落感測器的同時，也等於把電子設備遍撒各處，反倒造成非預期的環境汙染。
除此之外，如何適應更大規模的安裝範圍、是否能在降落過程中調整形狀，或者加強裝置可動性，使感測器在降落後還能調整位置，這也都是研究團隊未來的努力方向。
「邊緣運算技術」配上無人機推進農業科技發展
而說到監控農場或者是要做到田裡作物的健康情形調查，在無人機領域也有許多先進的應用，以經緯航太科技為例，他們從 2008 年就開始發展無人飛機研發與製造領域，透過無人機技術，團隊已能做到大面積對作物「精準噴藥」。
他們善用「邊緣運算技術」，讓一切在機器端上完成，在無人機上裝上 NVIDIA 的 AI 電腦 Jetson TX 2，利用高速處理器的運算、AI 深度學習等技術，就可自高空快速判別作物有無生病，一發現病徵就立即進行噴藥，並在飛到健康植株時，自動關閉噴嘴。
而在未來，我們是否能更推進農業科技，將軟硬體應用結合來輔助農民達到更有效率地農業發展呢？
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本文開放夥伴轉載，資料參考：UW News、TechCrunch，首圖來源：Pixabay
