Для микродронов и насекомых разработали сбрасываемый датчик
Американские инженеры разработали компактный датчик массой чуть более 200 миллиграммов, который можно сбрасывать с маленьких дронов или насекомых, к примеру, мотыльков. Датчик закрепляется через механический замок, который можно дистанционно открыть, чтобы сбросить его на землю. После этого он может передавать данные о температуре и влажности на протяжении примерно двух лет. Работа была представлена на конференции MobiCom 2020.
Существуют проекты, в которых необходимо распределять по территории множество датчиков, отслеживающих состояние окружающей среды: это могут быть как исследовательские проекты, так и прикладные, к примеру, фермерские хозяйства. Распределять множество датчиков вручную — долго, дорого, а зачастую и сложно из-за особенностей рельефа или растительности. Инженеры не первый год работают над созданием небольших автономных датчиков с низким энергопотреблением, которые можно сбрасывать сразу в большом количестве с больших дронов.
Разработчики из Вашингтонского университета под руководством Шиамната Голлакота (Shyamnath Gollakota) предложили оригинальную идею — распространять датчики на насекомых и миниатюрных дронах. И те, и другие за счет своего небольшого размера могут пролетать в местах, недоступных крупным дронам, а у насекомых, к тому же, гораздо более совершенная навигация, чем у дронов. Кроме того, они меньше, а продолжительность их полета — дольше.
Размер датчика — 8 на 10 миллиметров, а его масса — 203 миллиграмма. Сам датчик условно можно разбить на три части: аккумулятор массой 68 миллиграммов, датчики температуры и влажности с передатчиком и сопутствующей электроникой массой 98 миллиграммов и активный сцепляюший механизм массой 37 миллиграммов — основное нововведение, разработанное инженерами.
По сути, механизм работает как замок: на стороне датчика есть две параллельные петли, между ними находится еще одна петля со стороны дрона или насекомого, а сквозь них проходит магнитный стержень. Вокруг стержня намотана катушка, через которую можно подать ток от конденсатора и заставить стержень сдвинуться вбок.
Изначально инженеры планировали использовать Bluetooth 5.0, но оказалось, что чипов, которые поддерживали бы передачу данных со скоростью менее 125 килобит в секунду и при этом были бы достаточно компактными и легкими, на текущий момент не существует. Из-за этого им пришлось использовать Bluetooth 4.0 и прибегнуть к обратной разработке протокола, чтобы добиться более экономичной передачи данных.
Кроме того, исследователи оптимизировали работу датчика, добавив в него аппаратный таймер, который на порядок снизил потребление тока в спящем режиме (до 35 наноампер). В результате они добились того, что датчик общей массой около 200 миллиграммов способен передавать по несколько десятков пакетов с данными в час, работая на протяжении примерно двух лет. С датчиков собирать не только данные, но и их местоположение. Авторы предлагают делать это с помощью нескольких принимающих антенн и триангуляции.
Разработчики протестировали датчик на двух носителях: микроквадракоптере и мотыльке. Сначала они успешно протестировали работу замка и датчика на небольшом дроне, а затем прикрепили датчик на бражника табачного (Manduca sexta). Они поместили его в холодильник для обратимой холодной анастезии и прикрепили ему на грудную клетку датчик с помощью цианоакрилатного клея. После того, как мотылек проснулся, он полетел и инженеры смогли успешно сбросить датчик.
Группа Шиамната Голлакота разрабатывает и другие миниатюрные устройства, размещаемые на насекомых. Летом инженеры представили носимую камеру для жуков, которая может снимать видео, поворачивать объектив в нужную сторону и в реальном времени передавать кадры на смартфон.
Григорий Копиев
Он предназначен для исследования гипертермии
Компания Thermetrics разработала термический манекен ANDI, который предназначен для имитации тепловых свойств тела человека. Манекен может выделять тепло с помощью нагревательных элементов, а также имитировать потоотделение и дыхание. Множество сенсоров, размещенных в 35 зонах по всему корпусу манекена, позволяют контролировать температуру и измерять тепловые потоки в реальном времени. Манекен будет использоваться учеными в исследованиях воздействия теплового стресса и гипертермии на человека, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всемирная метеорологическая организация недавно сообщала, что за последние 40 лет волны жары стали случаться в шесть раз чаще. Можно ожидать, что в будущем во многих регионах планеты люди столкнутся с новой климатической нормой, в которой придется приспосабливаться к жизни в условиях, когда температура воздуха достигает 40 градусов Цельсия и выше на протяжении длительных промежутков времени. Известно, что высокие температуры воздуха могут представлять угрозу для здоровья и жизни человека. Однако точные механизмы и последствия воздействия жары на сегодняшний день изучены недостаточно хорошо. В связи с этим возрастает интерес ученых к изучению последствий воздействия теплового стресса на человеческий организм. В опасных для здоровья человека исследованиях, в которых требуется воспроизведение поведения человеческого тела, вместо людей зачастую используются манекены. К примеру, манекены много лет успешно выполняют роль пассажиров при испытаниях автомобилей. По этой же причине ученые из Университета штата Аризона вместо того, чтобы подвергать риску здоровье людей, в проводимых ими исследованиях воздействия теплового стресса на человеческий организм решили воспользоваться испытательным манекеном. Для этого компания Thermetrics, занимающаяся разработкой тепловых манекенов для тестирования спортивной одежды, создала симулирующий человеческую физиологию роботизированный манекен ANDI. Рост ANDI составляет 178,5 сантиметров, а масса — 35 килограмм. Его тело разделено на 35 независимых термических зон. Они снабжены сенсорами и индивидуальными нагревательными элементами, с помощью которых можно имитировать тепловыделение человеческого тела, контролировать температуру и динамически измерять теплопотери и получаемое тепло в режиме реального времени. По всей поверхности манекена размещено множество выходных отверстий системы искусственного потоотделения. Также в манекен встроена система имитации дыхания, которая позволяет контролировать влажность и температуру входящего и выходящего воздуха. Руки и ноги манекена имеют подвижные соединения, поэтому, используя внешние приводы для актуации, исследователи могут управлять манекеном, имитируя ходьбу или другую физическую активность. Скорость отвода тепла можно регулировать за счет встроенной системы водяного охлаждения. Исследователи могут задавать параметры, моделирующие тепловые особенности характерные для людей разного возраста, физического состояния и здоровья. Например, уровень потоотделения пожилого человека будет ниже, чем у молодого спортсмена. https://www.youtube.com/watch?v=ivAQvkoft9o&t=59s Исследования с ANDI можно проводить не только в тепловой камере, но и в естественных условиях. Ученые надеются, что данные, собранные с помощью теплового манекена, помогут им выработать рекомендации для широкого круга людей, которые снизят риски для здоровья. Кроме этого, результаты исследования помогут в создании одежды или других средств индивидуальной защиты для смягчения влияния жары на здоровье людей в условиях меняющегося климата. Рост окружающей температуры сказывается и на образовательной системе. Ученые выяснили, что повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества жарких учебных дней приводят к снижению школьной успеваемости.