Meta-Speaker:一种仅在空气中的一个点发出声音的扬声器。清华大学和上海交通联合开发出一种新型音响系统。

Meta-Speaker:一种仅在空气中的一个点发出声音的扬声器。清华大学和上海交通大学联合开发出一种新型音响系统。 它使用超音波在空气中的一个特定点产生声音。允许用户非常精细地控制声音出现的位置和范围。换句话说,你可以准确地指定声音应该在哪个位置被听到,而其他地方则不会听到这个声音。 工作原理: Meta-Speaker系统的工作原理基于声学非线性效应和超声波的交互。具体来说,系统使用两个或更多的高频声波(即超声波)从不同的方向发射。当这些超声波在空气中交叉或相遇时,由于声学非线性效应,它们会以特定的方式相互作用或“扭曲”。 例如,如果你将两块石头扔进池塘里,就会产生两个涟漪。在这些波纹相交的地方,波浪的形状会发生变化,使它们变大或变小。 这种相互作用产生了一个新的声波,其频率是原始超声波频率的差值。这个新产生的声波是在可听范围内的,因此人们可以听到它。更重要的是,这个可听声波是在超声波交叉的精确位置产生的,这意味着系统可以非常精确地控制声音在哪里产生。 例如,如果你想在一个房间的特定位置听到某个声音或信息,系统可以通过精确地调整超声波的方向和频率,确保可听声音仅在那个特定位置产生。 这种技术的一个关键优点是它能够在没有物理介质(如扬声器或其他声源)的情况下,在空气中的特定位置产生声音。这为各种应用,如室内导航、个性化信息传播等,提供了新的可能性。 这样的系统需要精确的计算和校准,以确保超声波能够在预定的位置交叉,并且产生的可听声音具有所需的属性(如音量、音调等)。因此,它可能需要高度复杂的算法和硬件支持。 技术步骤: 1、数据预处理:首先,对收集到的音频数据进行预处理,以便后续的特征提取和模型训练。 2、模型架构:Meta-Speaker使用了一种特定的神经网络架构,这种架构是为了适应边缘计算环境而特别设计的。 3、元学习训练:通过元学习的方法,模型能够快速适应新的说话人,即使只有少量的数据也能进行有效的识别。 4、边缘计算集成:由于模型是为边缘计算环境设计的,因此它是高效且轻量级的,适合在资源有限的设备上运行。

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加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法

加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法 靶向给药方式的突破但现在,加州理工学院的两个研究小组创造出了一种全新的给药系统,他们说,这种系统可能最终让医生有能力以更有针对性的方式治疗癌症。该系统采用的药物通过超声波激活,而且只在体内需要的地方使用。该系统由化学助理教授马克斯韦尔-罗伯(Maxwell Robb)和马克斯-德尔布吕克(Max Delbrück)化学工程与医学工程教授、霍华德-休斯医学研究所研究员米哈伊尔-夏皮罗(Mikhail Shapiro)的实验室开发。在发表于《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中,研究人员展示了他们是如何将各自专业的元素结合在一起创造出这一平台的。通过合作,两个研究小组将气泡(某些细菌中充满空气的蛋白质胶囊)和机械分子(在物理力作用下会发生化学变化的分子)结合起来。夏皮罗的实验室以前曾利用气泡和超声波来对单个细胞进行成像,并精确地移动细胞。罗伯的实验室则创造出了在拉伸时会变色的机械分子,使它们能用于检测结构中的应变;还有其他机械分子,能在机械刺激下释放出较小的分子,包括药物。在这项新工作中,他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。在超声波的作用下,气体囊泡会破裂,在破裂的过程中,被称为"机械分子"的分子会破裂,释放出更小的、所需的分子。资料来源:加州理工学院超声激活的机械聚合物"我们考虑这个问题已经很久了,"罗伯说。"我刚到加州理工学院时,米哈伊尔和我就开始讨论超声波的机械效应。"当他们开始研究如何将机械孔和超声波结合起来时,他们发现了一个问题:超声波可以激活机械孔,但其强度过大,也会损伤邻近组织。研究人员需要的是一种能将超声波能量集中到他们想要的地方的方法。结果证明,夏皮罗的气囊技术提供了解决方案。小瓶中的气体囊泡在溶液中呈白色,在超声波作用下破裂后会变得透明。资料来源:加州理工学院在之前的研究中,夏皮罗利用了囊泡在超声波的轰击下会像钟一样振动或"响铃"的特性。然而,在目前的研究中,囊泡被敲得很响,以至于破裂,从而集中了超声波能量。这些囊泡实际上成了微小的炸弹,它们的爆炸激活了机械体。"通过超声波施力通常依赖于非常强烈的条件,这些条件会引发微小溶解气泡的内爆,"该研究的共同作者莫莉-麦克法登(23 岁,博士)说。"它们的内爆是激活机械体的机械力来源。小泡对超声波的敏感度更高。利用它们,我们发现在弱得多的超声波下也能实现同样的机械体激活"。未来的潜力和影响沙皮罗实验室的博士后助理研究员姚宇星说,这是聚焦超声首次能够在生物环境中控制特定的化学反应。姚说:"以前,超声波一直被用来破坏或移动物体。但现在,它为我们开辟了一条使用机械化学的新道路。"到目前为止,该平台仅在受控实验室条件下进行了测试,但研究人员计划今后在生物体内对其进行测试。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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小小的救生贴片能读取大脑中的血流量

小小的救生贴片能读取大脑中的血流量 目前,为了检查脑卒中康复者等患者的脑血流量,技术人员会用超声波探头抵住患者的头侧。加州大学圣迭戈分校的科学家认为这种方法有两个缺点。首先,以这种方式获得的读数的准确性因每个技术人员的技能而异。另外,读数通常是在一天中间隔一定时间进行的。这就意味着在这些时间之间发生的任何血流变化都不会被检测到,而这正是这种贴片的设计初衷。在病人住院期间,这种弹性、柔韧的硅胶装置会一直贴在病人的太阳穴上,在此期间,它将持续监测和记录患者大脑中的血流量。这种贴片集成了多层可拉伸电子元件,包括多层铜电极和压电传感器。当受到电流刺激时,传感器会产生 2 兆赫的超声波,这些超声波会进入大脑并被大动脉反射回来。利用超快超声波成像系统,一台硬线计算机通过分析超声波回波,生成动脉的实时三维数字模型,显示其当前的体积、角度和位置。在对 36 名健康志愿者进行的实验室测试中,该技术能够测量收缩期峰值、平均流量和舒张末期血流速度,其精确度不亚于传统的手持式超声探头。目前研发团队正在计划对患有神经系统疾病的实际患者进行临床试验,并计划推出该贴片的独立无线版本,该技术正通过衍生公司 Softsonics 进行商业化。由 Sheng Xu 教授领导的这项研究的论文最近发表在《自然》杂志上。 ... PC版: 手机版:

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麻省理工学院的超声波技术突破让非侵入性脑部治疗进入新时代

麻省理工学院的超声波技术突破让非侵入性脑部治疗进入新时代 ImPULS 设备包含封装在聚合物中的超声波传感器和电极(金)。图片来源:研究人员提供通过植入电极向大脑输送电脉冲的深部脑刺激疗法通常用于治疗帕金森病和其他神经系统疾病。然而,这种治疗方法所使用的电极最终会腐蚀并积累疤痕组织,需要将其移除。现在,麻省理工学院的研究人员开发出了一种替代方法,即使用超声波而不是电力来进行深部脑刺激,由一根头发丝粗细的纤维传递。在对小鼠的研究中,他们发现这种刺激可以触发神经元释放多巴胺,而多巴胺通常是帕金森病患者大脑中的一部分。"通过使用超声波技术,我们可以创造一种新的方式来刺激大脑深部的神经元发射,"麻省理工学院媒体实验室副教授、这项新研究的资深作者卡南-达格德维仁(Canan Dagdeviren)说。"这种装置比头发丝还要细,因此对组织的损伤可以忽略不计,而且我们很容易在大脑深部导航这种装置。"除了提供一种更安全的深部脑刺激方法外,这种方法还可能成为研究人员了解大脑工作原理的重要工具。麻省理工学院研究生杰森-侯(Jason Hou)和麻省理工学院博士后奥斯曼-高尼-纳耶姆(Md Osman Goni Nayeem)是这篇论文的主要作者,其他合作者来自麻省理工学院麦戈文脑研究所、波士顿大学和加州理工学院。该研究报告于6月4日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。达格德维仁的实验室以前曾开发过可穿戴超声波设备,可用于通过皮肤给药或对各种器官进行诊断成像。然而,超声波无法通过附着在头部或头骨上的设备深入大脑。"如果我们想进入大脑深层,那么它就不能再仅仅是可穿戴或可附着的了。它必须是可植入的,"Dagdeviren 说。"我们精心定制设备,使其具有微创性,避开大脑深部的主要血管"。美国食品和药物管理局已批准使用电脉冲深部脑刺激治疗帕金森病症状。这种方法使用毫米厚的电极来激活大脑黑质区域中产生多巴胺的细胞。然而,一旦植入大脑,设备最终会开始腐蚀,植入物周围形成的疤痕组织会干扰电脉冲。新方法通过一根头发丝粗细的纤维传递超声波。图片来源:研究人员提供麻省理工学院的研究小组开始研究能否用超声波取代电刺激,从而克服其中的一些缺点。大多数神经元都有能对机械刺激(如声波的振动)做出反应的离子通道,因此超声波可用来激发这些细胞的活动。然而,现有的通过头骨向大脑输送超声波的技术无法高精度地深入大脑,因为头骨本身会干扰超声波,导致刺激偏离目标。Nayeem说:"要精确调节神经元,我们必须深入到更深的区域,这促使我们设计出一种新型超声植入物,它能产生局部超声场。为了安全地到达大脑深部区域,研究人员设计了一种由柔性聚合物制成的细如发丝的纤维。纤维的顶端包含一个鼓状超声换能器,换能器上有一层振动膜。这层薄膜包裹着一层薄薄的压电薄膜,当这层薄膜被微小的电压驱动时,就会产生超声波,附近的细胞就能检测到这些超声波。"Hou说:"它对组织安全,没有裸露的电极表面,而且功耗很低,这对转化为病人使用是个好兆头。"在对小鼠进行的试验中,研究人员发现,这种被称为ImPULS(可植入压电超声刺激器)的超声装置可以激发海马神经元的活动。然后,他们将这种纤维植入产生多巴胺的黑质,结果表明,这种纤维可以刺激背侧纹状体的神经元产生多巴胺。"刺激大脑一直是恢复大脑健康最有效但最不为人所知的方法之一。ImPULS让我们有能力以精确的时空分辨率刺激脑细胞,而且不会像其他方法那样产生损伤或炎症。"波士顿大学心理与脑科学助理教授、波士顿大学系统神经科学中心(Center for Systems Neuroscience)教员史蒂夫-拉米雷斯(Steve Ramirez)也是这项研究的作者之一。在新系统中,传感器(银色)由导线(金色)供电,导线可提供电刺激。图片来源:研究人员提供该装置的所有组件都具有生物兼容性,包括压电层,它是由一种名为铌酸钠钾(或 KNN)的新型陶瓷制成的。目前的植入物由外部电源供电,但研究人员设想未来的植入物可以由小型植入式电池和电子装置供电。研究人员开发了一种微加工工艺,使他们能够轻松改变纤维的长度和厚度,以及压电换能器产生的声波频率。这样就能为不同的大脑区域定制设备。Dagdeviren说:"我们不能说这种装置会对大脑的每个区域产生同样的效果,但我们可以非常自信地说,这种技术是可扩展的,而且不仅适用于小鼠。我们还可以把它做得更大,以便最终用于人类。"研究人员现在计划研究超声波刺激会如何影响大脑的不同区域,以及这种装置在植入一年后能否保持功能。他们还对加入微流体通道的可能性很感兴趣,这样就能让装置在传递超声波的同时传递药物。研究人员说,除了有望成为帕金森病或其他疾病的潜在治疗手段外,这种超声波设备还可以成为帮助研究人员进一步了解大脑的宝贵工具。"我们的目标是将其作为一种研究工具提供给神经科学界,因为我们认为我们没有足够的有效工具来了解大脑,"Dagdeviren 说。"作为设备工程师,我们正在努力提供新的工具,以便我们能够更多地了解大脑的不同区域。"编译自/scitechdaily ... PC版: 手机版:

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新发现:虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现:虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠 访问:NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 虎甲虫独特的防御机制但是,虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时,它们会用自己的超声波信号做出反应,而在过去的 30 年里,没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说:"这对人类来说是一个非常陌生的想法:这些动物在夜间飞来飞去,试图在完全黑暗的环境中捕捉对方,用声音作为它们交流的方式,"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断,虎甲虫发出声音一定有很大好处,因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知,虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过,据估计有20% 的蛾类具有这种能力,这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说:"这是一项非常有趣的研究,因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源:Harlan Gough研究方法与观察研究人员首先证实,虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时,会周期性地发出超声波脉冲,从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时,它们就会开始更频繁地发出声波,从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列,研究人员将其播放给虎甲虫听,看看它们会如何反应。甲虫飞行时,它的硬壳会张开,露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用,对飞行没有帮助,这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天,收集了 20种不同的虎甲虫进行研究。其中,有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应,它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘,就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中,这听起来像是微弱的嗡嗡声,但蝙蝠会接收到较高的频率,听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见,"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的,就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如,虎蛾使用身体侧面的特殊结构,所以你需要这种结构来发出超声波,也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声,但这是为什么呢?一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过,研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性,因为它们产生的超声波过于简单,不可能达到这种效果。相反,他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者,"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时,实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了 94 只虎甲虫来验证他们的理论,大棕蝠吃各种各样的昆虫,但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是,90 只甲虫被完全吃掉,两只只被部分吃掉,只有两只被拒绝,这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任 Akito Kawahara 称,这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说:"即使你确定了一种化学物质,也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前,你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来,虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的,也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为,这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢?研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后,他们发现了一个明显的重叠,也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力,它们会产生超声波来模仿虎蛾,而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在 2000 多种虎甲虫中,有些只在白天活动,利用视觉追逐和捕食较小的昆虫,没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的 12 种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位,它根本不会做出任何反应,"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑,鉴于对夜空声学研究的不足,可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说:"我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯(Jesse Barber)一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上,我们之所以不知道,只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用,但人类的影响,如噪音和光污染,已经在改变夜空的外观和声音。川原说:"如果我们想了解这些过程,我们现在就需要做。在我们的后院里,正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是,如果让我们的世界变得更响亮、更明亮,并改变温度,这些平衡就会被打破。"作者在《 生物学通讯》( Biology Letters)杂志上发表了他们的研究报告 。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法

新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法 这种工艺需要精确加热废弃的鱼鳞,鱼鳞由一种被称为羟基磷灰石的矿物质和交错的胶原链组成。高温会永久性地改变这两种物质的分子结构,使它们在紫外线照射下发出明亮的青色荧光。如果没有经过热处理,鳞片只会发出微弱的暗蓝色荧光。重要的是,即使鳞片经过热处理,在没有紫外线照射的情况下,它们看起来也与周围未经处理的鳞片无异。研究团队成员 Sow Chorng Haur 教授(左)和 Sharon Lim 博士 新加坡国立大学科学家们在研究中主要使用了广泛养殖的红罗非鱼的鳞片,尽管对其他鱼类鳞片的实验表明它们也同样有效。经过反复试验,他们发现将鱼鳞加热到 270 ºC(518 ºF)三分钟效果最好。更高的温度会产生更亮的荧光效果,但会导致鳞片烧焦,从而变得异常脆弱。该技术可用于以两种方式显示字符(如字母、数字、符号等)。首先,可以简单地将多个经过热处理的鳞片排列起来,使它们组合成一个特定角色的形状。同样,在这种情况下,它们会被伪装在未经处理的鳞片背景中。另外,还可以使用超精细激光束将图案加热到单个鳞片的某一部分,形成只能利用紫外光和显微镜成像的微观特征。这就像是给鳞片纹上了一个小纹身。没错,这确实让人想起了电影《银翼杀手》中带有序列号印记的蟒蛇鳞片。为了扩大鳞片的用途,对鳞片进行热处理还能使其表面更加多孔,使其能够选择性地吸附污染水中的一种名为罗丹明B 的有毒工业染料。在实验室测试中,经过处理的鳞片在短短 10 分钟的接触时间内就从受污染的水样中去除了 91% 的化学物质。这些鳞片可以通过超声波"清空",然后重新用于水净化系统,或用于检测试剂盒,以显示水样中是否含有这种染料。从左到右:白光、紫外光和绿光下经过热处理的鱼鳞,包括一些吸附了污染物罗丹明 B 的鱼鳞 新加坡国立大学此外,当鳞片中含有吸附的罗丹明B时,它们在绿光照射下会发出橙色荧光。这种功能可与鳞片在紫外线下发出青色荧光的能力相结合,为其在包装或类似应用中的使用增加一层额外的安全性。"在全球范围内,预计每年有 720 万到 1200 万吨的鱼类废弃物被丢弃。这使得鱼鳞废弃物成为一种丰富的再循环资源,"Sow教授说。"通过重新评估废物流,可以发现以前可能被忽视的材料的迷人特性和多功能性。"鱼鳞的其他潜在用途还包括柔韧的"电子皮肤"、伤口敷料和骨折愈合材料。有关这项研究的论文已发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版: 手机版:

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MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器

MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器 研究人员制造了一种温度感应装置,它能从电线周围露天产生的磁场中获取能量。人们只需将传感器夹在带电导线(可能是为电机供电的导线)周围,它就会自动收集并储存能量,用来监测电机的温度。"这就是环境电能我不必通过特定的焊接连接就能获得的能量。"电子研究实验室成员、电子工程与计算机科学(EECS)伊曼纽尔-兰兹曼(Emanuel E. Landsman)教授兼机械工程学教授 Steve Leeb 说:"这使得这种传感器非常容易安装。"在这篇刊登在《电气和电子工程师学会传感器杂志》1 月刊上的特写文章中,研究人员为能量收集传感器提供了一个设计指南,让工程师能够平衡环境中的可用能量和他们的传感需求。论文为能够在运行过程中持续感知和控制能量流的设备的关键组件绘制了路线图。这种多用途设计框架并不局限于收集磁场能量的传感器,还可应用于使用其他电源(如振动或阳光)的传感器。它可用于为工厂、仓库和商业空间构建安装和维护成本更低的传感器网络。"我们提供了一个无电池传感器的范例,它能做一些有用的事情,并证明这是一个切实可行的解决方案。希望其他人也能利用我们的框架来设计他们自己的传感器。"与 Monagle 和 Leeb 一起参与论文撰写的还有电子工程与科学研究生 Eric Ponce。美国海军学院武器与控制工程副教授约翰-多纳尔(John Donnal)没有参与这项工作,他研究的是监控舰船系统的技术。他说,要在舰船上获得电源是很困难的,因为插座很少,而且对可以插入哪些设备有严格限制。唐纳尔补充说:"例如,持续测量泵的振动可以为船员提供轴承和支架健康状况的实时信息,但为加装的传感器供电往往需要大量额外的基础设施,以至于不值得投资。像这样的能量收集系统可以在船舶上加装各种诊断传感器,大大降低整体维护成本。"研究人员必须应对三大挑战,才能开发出一种有效、无需电池的能量收集传感器。首先,系统必须能够冷启动,这意味着它可以在没有初始电压的情况下启动电子设备。他们利用集成电路和晶体管网络实现了这一点,使系统能够储存能量,直到达到一定的阈值。只有当系统储存了足够的能量,可以完全运行时,它才会开启。其次,该系统必须在不使用电池的情况下有效地储存和转换所收集的能量。虽然研究人员可以在系统中加入电池,但这会增加系统的复杂性,并可能带来火灾风险。"您甚至可能连派出技术人员更换电池的奢望都没有。相反,我们的系统是免维护的。它可以自行采集能量并运行,"Monagle 补充道。为了避免使用电池,它们采用了内部储能技术,包括一系列电容器。电容器比电池更简单,它将能量储存在导电板之间的电场中。电容器可由各种材料制成,其功能可根据各种工作条件、安全要求和可用空间进行调整。研究小组精心设计了电容器,使其足够大,能够储存设备开启和开始收集电能所需的能量,但又足够小,充电阶段不会花费太长时间。此外,由于传感器可能会在数周甚至数月后才开启进行测量,因此他们要确保电容器能够保持足够的能量,即使有些能量会随着时间的推移而泄漏。最后,他们开发了一系列控制算法,对设备收集、储存和使用的能量进行动态测量和预算。微控制器是能源管理界面的"大脑",它不断检查储存了多少能量,并推断是否要打开或关闭传感器、进行测量,或者将收割机调到更高的档位,以便收集更多能量,满足更复杂的传感需求。Monagle 解释说:"就像骑自行车时换挡一样,能量管理界面会查看收割机的工作情况,主要是看它是踩得太用力还是太轻,然后它就会改变电子负载,从而最大限度地提高收割功率,并使收割功率与传感器的需求相匹配。自供电传感器利用这一设计框架,研究人员为一个现成的温度传感器构建了一个能量管理电路。该设备采集磁场能量并用于持续采样温度数据,然后通过蓝牙将数据发送到智能手机接口。研究人员使用超低功耗电路来设计该装置,但很快发现,这些电路在崩溃前可承受的电压有严格限制。收集过多的电能可能会导致设备爆炸。为了避免这种情况,他们在微控制器中的能量收集器操作系统会在存储的能量过多时自动调整或减少收集量。他们还发现,通信传输温度传感器收集的数据是迄今为止最耗电的操作。Monagle说:"确保传感器有足够的存储能量来传输数据是一项长期的挑战,需要精心设计。"未来,研究人员计划探索能耗较低的数据传输手段,如使用光学或声学。他们还希望更严格地模拟和预测进入系统的能量,或传感器测量所需的能量,以便设备能有效地收集更多数据。"如果你只进行你认为需要的测量,你可能会错过一些真正有价值的东西。如果有更多的信息,你可能会了解到一些你意想不到的设备运行情况。我们的框架可以让您平衡这些考虑因素,"Leeb 说。"这篇论文详细阐述了实用的自供电传感器节点在现实场景中的内部结构。"佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院电气与计算机工程助理教授 Jinyeong Moon 说:"整体设计指南,尤其是冷启动问题,非常有帮助。计划为无线传感器节点设计自供电模块的工程师将从这些指南中获益匪浅,轻松勾选传统上与冷启动相关的繁琐清单。"这项工作得到了海军研究办公室和 Grainger 基金会的部分支持。 ... PC版: 手机版:

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