華盛頓大學的研究人員研發出一款傳感器“背包”，小到可以“騎”在大黃蜂上

據麥姆斯咨詢報道，如今農民們已經可以使用無人機巡視農場，從而監測溫度、濕度或農作物健康狀況。但是要使這些機器長時間地飛行，需要非常大的電力，因此如果中途不充電，它們就飛不了多遠，這使得無人機巡視的范圍和時間受到了極大的限制。近日，華盛頓大學的工程師們發明了一種小到能夠“騎”在大黃蜂身上的傳感系統。因為此類昆蟲可以自己飛行，所以該“背包”只需要一節微型充電電池，就可以維持7小時的飛行時間。科學家們指出，當蜜蜂回到蜂巢時，電池也相應地回到蜂巢中，他們就可以通過無線方式對電池進行充電，6小時內即可充滿。他們還表示，太陽能電池可能有一天會取代目前設計中所使用的電池。該研究小組于12月11日在新德里舉行的MobiCom會議上詳細介紹了他們的研究結果。“無人機飛行10~20分鐘就需要充電，而我們的蜜蜂可以進行數小時的數據收集。”華盛頓大學保羅·艾倫計算機科學與工程學院副教授、該研究資深作者Shyam Gollakota說，“實驗證明，用蜜蜂來完成其它無人機所做的計算和傳感任務是可行的。”

雖然用蜜蜂代替無人機解決了供電問題，但該技術仍存在著許多問題有待解決：首先，蜜蜂的體型較小，攜帶能力非常有限；第二，GPS接收器在定位方面具有優勢，但對于該應用來說，會需要消耗不少電量。為了開發適合蜜蜂攜帶同時還能感知其位置的傳感器“背包”，團隊必須解決這兩個問題。科學家們用三種大黃蜂做了實驗，發現健康的工蜂可以攜帶大約105毫克的物體飛行和盤旋。“我們最終決定使用大黃蜂，因為它們足夠大，有能力攜帶為我們系統供電的微型電池，而且它們每天晚上都會回到蜂巢，在那里我們可以通過無線方式給電池充電。”論文的共同作者、華盛頓大學電氣和計算機工程系的博士生Vikram Iyer說道，“在此項研究中，我們采用了照顧和護理這些生物的最佳方法。”

Vikram Iyer觀察安裝傳感器“背包”的大黃蜂（在集裝箱內飛行）是否有異常

之前，其他研究小組已經通過超粘小型追蹤器，比如射頻識別（RFID），給大黃蜂配備了簡單的“背包”，用來跟蹤它們的活動。對于此類實驗，研究人員先將蜜蜂放置在冰箱里幾分鐘，以便在將“背包”粘在它們身上之前降低它們的速度。實驗完成后，團隊再通過類似的過程移除“背包”。然而，這些先前的研究只是簡單地追蹤蜜蜂在近距離內（大約25厘米）位置的“背包”數據，卻沒有任何有關蜜蜂周邊環境的數據。因此，Gollakota、Iyer以及他們的團隊重新設計了一款傳感器“背包”，它可以“騎”在蜜蜂的背上，僅重102毫克，大約是7粒生米的重量，尺寸僅為6.1 x 6.4毫米。“為‘背包’供電的可充電池重量約為70毫克，所以我們還有30毫克多一點的剩余重量給其它產品，比如傳感器和追蹤蜜蜂位置的定位系統。”艾倫學校的博士生、該研究共同作者Rajalakshmi Nandakumar說道。

傳感器“背包”重102毫克

因為蜜蜂不會在飛行所到之處做標記，同時也因為GPS接收器太耗電，無法放置在一只小昆蟲身上，該團隊想出了一種無需電力即可定位蜜蜂的方法。研究人員在農場內設置了多根天線組成的基站，通過特定區域發射來自基站的信號。而蜜蜂“背包”中的接收器能識別這些信號的強度和角度，通過三角定位法得出蜜蜂的位置信息并將其記錄下來。“為了測試該方法是否可行，我們在足球場上做了一個實驗。”共同作者、艾倫學校博士生Anran Wang說，“我們在場地的一側設置了四根天線組成的基站，然后讓一只蜜蜂背著‘背包’在遠離天線的罐子里飛來飛去。我們依然能夠探測到蜜蜂的位置，只要它在天線周圍80米的范圍內（大約足球場長度的四分之三）。”接下來，該團隊又在“背包”中增加了一系列小型傳感器，用來監測溫度、濕度和光照強度等。這樣，蜜蜂就可以收集這些數據，并將這些信息連同它們的位置一起記錄下來，最終就能夠收集到整個農場的信息。“觀察蜜蜂是否更喜歡農場的某個區域，而不太經常去其它區域，這將會很有趣。”共同作者之一、華盛頓大學機械工程系助理教授Sawyer Fuller說道，“或者，如果你想知道某個特定區域發生了什么，你也可以對‘背包’進行編程，告訴它：‘嘿，蜜蜂，如果你去這個地方，順便測量一下溫度吧。’”當蜜蜂完成了一天的覓食后，回到蜂巢，“背包”可以通過一種叫做反向散射的方法上傳收集到的數據，通過這種方法，設備可以通過反射從附近天線發射過來的無線電信號來共享信息。

帶著“背包”的蜜蜂仍然可以采蜜、控制飛行和正常進行其它活動

目前，該“背包”只能存儲大約30千字節的數據，所以它們只攜帶能產生少量數據的傳感器。此外，只有當蜜蜂回到蜂巢時，“背包”才能上傳數據。該團隊希望最終能夠開發出帶有攝像頭的“背包”，這樣就可以將有關植物健康的信息實時反饋給農民。“讓蜜蜂攜帶這些傳感器系統對農場是有益的，因為蜜蜂可以感知物體，但電子產品，比如無人機，就不能。”Golakota說道，“無人機只是隨意地飛行，而蜜蜂會被特定的東西吸引，比如它喜歡授粉的植物。除了了解環境，你還可以學習并研究蜜蜂的行為。”