無線傳感器可以監測溫度、濕度或其他環境條件在大片土地如農場或森林上的變化。這些工具可以為各種應用提供獨特的見解，包括數字農業和監測氣候變化。然而一個問題是，目前在大片土地上放置數百個傳感器既費時又費錢。
受到蒲公英如何利用風來傳播它們的種子的啟發，華盛頓大學的一個團隊開發出了一種微小的傳感器攜帶裝置，當它翻滾着向地面移動時可以被風吹動。這個系統的重量約是1毫克蒲公英種子的30倍，但在適度的微風中仍可以飛行100米，大概是一個足球場的長度。一旦到達地面，這個可以容納至少4個傳感器的裝置使用太陽能電池板為其機載電子設備供電且可以在60米以外分享傳感器數據。
該團隊最近在《自然》上發表了這些成果。
“我們表明，你可以使用現成的組件來創造微小的東西。我們的原型表明，你可以使用無人機在一次投放中釋放成千上萬的這些設備。它們都會被風帶得有些不同，基本上你可以用這一滴水創建一個1000個設備的網絡，”這項研究的論文資深作者、華盛頓大學保羅G.艾倫計算機科學與工程學院教授Shyam Gollakota說道，“這對部署傳感器的領域來說是驚人的和變革性的，因為現在手動部署這麼多傳感器可能需要幾個月。”
由於這些設備上有電子裝置，所以要使整個系統像實際的蒲公英種子一樣輕是有挑戰性的。第一步是開發一種形狀，從而使系統能慢慢地落到地上以便它能夠被微風折騰。研究人員測試了75種設計以確定什麼會導致最小的“終端速度”或設備在空中下落時的最大速度。
這項研究的論文第一作者、華盛頓大學艾倫學院的助理教授維Vikram Iyer表示：“蒲公英種子結構的工作方式是，它們有一個中心點和這些伸出來的小鬃毛來減緩它們的下落。我們對其進行了二維投影以為我們的結構創造了基礎設計。隨着我們增加重量，我們的刷子開始向內彎曲。我們添加了一個環形結構使其更加堅硬並佔用更多的面積以幫助放慢它的速度。”
為了保持輕盈，該團隊使用太陽能電池板而不是沉重的電池來為電子裝置供電。這些設備在降落時，95%的時間都是太陽能電池板朝上的。它們的形狀和結構使它們能翻轉並以類似於蒲公英種子的持續直立方向落下。
然而如果沒有電池，該系統就不能儲存電荷，這意味着太陽下山後，傳感器停止工作。而當第二天早上太陽升起時，該系統又需要一點能量來啟動。
“挑戰在於，大多數芯片在你第一次打開時會在短時間內略微多消耗一些能量。在開始執行你寫的代碼之前，它們會檢查以確保一切工作正常。當你打開你的手機或筆記本電腦時也會發生這種情況，當然它們有一個電池，”Iyer說道。
交接，該團隊設計的電子產品包括一個電容器，這是一個可以在一夜之間儲存一些電荷的裝置。
“然後我們有這個小電路，它將測量我們儲存了多少能量，一旦太陽升起就有更多的能量進入，（屆時）它將觸發系統的其他部分打開，因為它感覺到它超過了某些閾值，”Iyer說道。
這些設備通過使用反向散射–一種通過反射傳輸信號來發送信息的方法–來以無線的方式將傳感器數據發回給研究人員。攜帶傳感器的設備–測量溫度、濕度、壓力和光線–負責發送數據，直到日落時它們關閉。第二天早上，當這些設備自己重新打開時，數據收集又恢復了。
為了測量這些設備在風中的移動距離，研究人員用手或校園裡的無人機從不同的高度將它們放下。研究人員指出，將設備從單一的投放點分散開來的一個訣竅是，稍微改變它們的形狀，這樣它們被微風帶走的方式就會有所不同。
論文共同作者、華盛頓大學生物學教授Thomas Danei指出：“這是在模仿生物學，變化實際上是一個特點，而不是一個錯誤。植物不能保證它們今年生長的地方明年會很好，所以它們有一些可以走得更遠的種子來保值。”
無電池系統的另一個好處是，這個設備上沒有任何東西會耗盡能量–設備會一直運行，直到它物理性地壞掉。這樣做的一個缺點是，電子產品將散落在相關的生態系統中。研究人員正在研究如何使這些系統更具生物可降解性。
Iyer表示：“這只是第一步，而這就是它如此令人興奮的原因。現在我們還有很多其他的方向可以選擇–比如開發更大規模的部署以創造出可以在下落時改變形狀的設備，或甚至增加一些移動性使設備在落地后可以移動以接近我們好奇的區域。”