10 年不用换电池！美国防部打算用“零功耗”感测器挽救军人生命

在 11 月初刚刚结束的 IEEE 年度感测器技术大会（IEEE Sensor 2016）上，美国国防部高等研究计划署（DARPA）向大众展示了他们的待机“零功耗”最新感测器。

据 DARPA 的计划经理 Troy Olsson 介绍，这种“零功耗”感测器待机时并绝对的“零功耗”，而是待机时的能量耗损非常小可以忽略。之所以能做到这一点，是由于该感测器使用了先进的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）制程，利用超大规模集成电路的制造技术将微处理器、微传感器、控制处理电路以及供电设备等模组集中制造在一个单片矽基板上，形成了一个小巧、紧凑、超低功耗的整体。

此外，为了减少电能损耗，科学家们还在感测器的供电方式上做了更深度的最佳化。Troy Olsson 称这种“零功耗”感测器能够利用被探测讯号本身的能量来为感测器供电，例如电磁波、物理震动、超音波讯号等，DARPA 可以将这些被测讯号的能量转化成自身工作的电能，并透过尽量简单和低功耗的方式将探测结果回馈到接收端。例如当探测到敌方的通讯电磁波时，收发器可能只需要发送一串低功耗的“蜂鸣”信号以示警，而无需消耗大量电能发送最原始的探测数据。

Troy Olsson 介绍，视应用场景而定，“零功耗”感测器也会搭载一定容量的电池。除了做为系统最主要的能量来源之外，这些电池还能储存太阳能板、物理震动能量收集器等设备在感测器待机时收集到的微小能量，为更长久的待机提供支持。

▲ 图为大规模部署的感测器网络，只在发送示警信息时被唤醒。

Troy Olsson 表示：“我们希望降低感测器的功耗，使之能长期部署于战场而不需更换电池。目前的做法是，在唤醒功耗更大的讯号处理器和收发器之前，利用讯号本身来驱动系统运行。这一做法目前看来是有效的，经科学家们的测算，凭借这一技术制造的‘零功耗’感测器配合恰当的电池技术，将能够在战场连续工作至少 10 年而不需要更换电池。”

目前有大量美军在战场上丧生，其中一个重要原因就是军方无法依据理想的方式来部署感测器网络。Troy Olsson 举例称，在美军参战的海外地区，沿路如果有供电线路，美国国防部就能利用这些供电线路部署庞大的感测器网络，监测是否有恐怖分子挖掘道路安装简易爆炸设备等危险行为。

而事实上，大多情况危险的战区都没有稳定可靠的供电线路，因此当前实际部署的几乎所有感测器都要依靠电池供电，而这有可能让更多美军士兵的生命安全受到威胁，因为在需要替换感测器电池时，可能让他们暴露于受伏击的危险之中。Troy Olsson 说：“在战斗状态下，我们不能只为了给鸡蛋大小的感测器换一小块电池而让士兵们遭遇危险。”

（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：Flickr/Expert Infantry CC BY 2.0）

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