Les nouveaux capteurs mis au point à l’université de Washington utilisent des panneaux solaires (rectangles noirs) au lieu de piles pour s’alimenter.
La miniaturisation continue de l’électronique a permis de créer des capteurs incroyablement petits pour surveiller des éléments comme la température et l’humidité. Imaginant un avenir où des centaines de ces capteurs seraient placés autour des forêts ou des fermes pour une surveillance à grande échelle de l’environnement, les scientifiques ont mis au point des plateformes de capteurs suffisamment légères et compactes pour être larguées par des drones par centaines, puis se disperser comme des graines de pissenlit dans la brise pour créer efficacement de vastes réseaux à elles seules.
Si les capteurs de cette nature présentent un potentiel intéressant, leur déploiement sur de vastes zones implique actuellement un travail manuel méticuleux et fastidieux pour placer les différents capteurs. Nous avons déjà vu des drones être utilisés pour simplifier ce type de travail, en déposant des capteurs sur le sol ou même en les tirant comme des fléchettes.
Des scientifiques de l’université de Washington ont trouvé une façon encore plus efficace de faire les choses, et cela commence par une conception soigneusement étudiée, inspirée de la façon dont les pissenlits distribuent leurs graines avec le vent. L’équipe a testé 75 modèles inspirés de ces graines avant de trouver le modèle final, qui nécessite encore quelques ajustements.
Les scientifiques de l’université de Washington ont expérimenté 75 modèles pour leurs nouveaux capteurs inspirés des graines de pissenlit.
« La façon dont les structures des graines de pissenlit fonctionnent est qu’elles ont un point central et ces petits poils qui dépassent pour ralentir leur chute », a déclaré Vikram Iyer, auteur de l’étude. « Nous avons pris une projection 2D de cela pour créer le design de base de nos structures. Lorsque nous avons ajouté du poids, nos poils ont commencé à se plier vers l’intérieur. Nous avons ajouté une structure en anneau pour la rendre plus rigide et occuper plus de surface pour aider à la ralentir. »
Les lourdes batteries ont été écartées au profit de minuscules panneaux solaires pour alimenter l’électronique embarquée, qui comprend un condensateur pour stocker une charge après le coucher du soleil et permettre au capteur de redémarrer le lendemain matin. Bien que la conception sans batterie permette à la plate-forme de rester légère, elle reste environ 30 fois plus lourde qu’une graine de pissenlit d’un milligramme. Les expériences de l’équipe ont montré qu’elle est toutefois suffisamment légère pour parcourir la longueur d’un terrain de football dans une brise modérée après avoir été lâchée par un drone.
« Nous montrons que vous pouvez utiliser des composants disponibles dans le commerce pour créer des choses minuscules », a déclaré l’auteur principal Shyam Gollakota. « Notre prototype suggère que vous pourriez utiliser un drone pour libérer des milliers de ces dispositifs en un seul lâcher. Ils seront tous portés par le vent de manière un peu différente, et vous pouvez créer un réseau de 1 000 appareils avec cette seule goutte. C’est incroyable et transformateur pour le domaine du déploiement des capteurs, car actuellement, cela pourrait prendre des mois pour déployer manuellement autant de capteurs. »
Un aperçu de l’électronique embarquée dans les capteurs inspirés des graines de pissenlit, créés par des scientifiques de l’université de Washington.
Au sol, chacune des minuscules plateformes de l’équipe peut accueillir jusqu’à quatre capteurs, mesurant la température, la lumière, l’humidité et la pression, et relayant les données jusqu’à 60 m de distance. Grâce à leur conception, elles se posent avec les panneaux solaires orientés vers le haut 95 % du temps, et les chercheurs ont constaté que le fait de varier légèrement leur forme modifiait la façon dont elles se déplaçaient dans le vent, ce qui leur permettait de se répartir à différents endroits.
« Les chercheurs ont constaté que le fait de varier légèrement leur forme modifiait la façon dont ils se déplaçaient dans le vent, en veillant à ce qu’ils se répartissent en différents points. « Les plantes ne peuvent pas garantir que l’endroit où elles ont poussé cette année sera bon l’année prochaine, donc elles ont des graines qui peuvent voyager plus loin pour couvrir leurs paris ».
Les scientifiques ont déjà quelques idées sur la façon d’améliorer cette conception initiale, avec le travail vers des versions biodégradables pour éviter la question de la dispersion des déchets électroniques parmi les considérations.
« Ce n’est que la première étape, c’est pourquoi c’est si excitant », a déclaré Iyer. « Il y a tellement d’autres directions que nous pouvons prendre maintenant, comme développer des déploiements à plus grande échelle, créer des dispositifs qui peuvent changer de forme en tombant, ou même ajouter un peu plus de mobilité afin que les dispositifs puissent se déplacer une fois qu’ils sont au sol pour se rapprocher d’une zone qui nous intéresse. »
https://www.washington.edu/news/2022/03/16/battery-free-devices-float-in-wind-like-dandelion-seeds/
