10 年不用换电池！美国防部打算用 “零功耗” 传感器挽救军人生命

在 11 月初刚刚结束的 IEEE 年度传感器技术大会 ( IEEE Sensor 2016 ) 上，美国国防部高等研究计画署 ( DARPA ) 向公众展示了他们能够实现待机“零功耗”的最新传感器。

据 DARPA 的项目经理 Troy Olsson 介绍，这种“零功耗”传感器待机时并绝对的“零功耗”，而是待机时的能量耗损非常小可以忽略。之所以能做到这一点，是由于该传感器使用了先进的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）工艺，利用超大规模集成电路的制造技术将微处理器、微传感器、控制处理电路以及供电装置等模组集中制造在一个单片硅基板上，形成了一个小巧、紧凑、超低功耗的整体。

此外，为了减少电能损耗，科学家们还在传感器的供电方式上做了更深度的优化。Troy Olsson 称这种“零功耗”传感器能够利用被探测信号本身的能量来为传感器供电，例如电磁波、物理震动、超声波信号等，DARPA 可以将这些被测信号的能量转化成自身工作的电能，并通过尽量简单和低功耗的方式将探测结果反馈到接收端。例如当探测到敌方的通讯电磁波时，收发器可能只需要发送一串低功耗的“蜂鸣”信号以示告警，而无需消耗大量电能发送最原始的探测数据。

Troy Olsson 介绍，视应用场景而定，“零功耗”传感器也会搭载一定容量的电池。除了作为系统最主要的能量来源之外，这些电池还能存储太阳能板、物理震动能量收集器等装置在传感器待机时收集到的微小能量，为更长久的待机提供支持。

图示为大规模部署的传感器网络，只在发送告警信息时被唤醒

Troy Olsson 表示：“我们希望降低传感器的功耗，使之能长期部署于战场而不需更换电池。目前的做法是，在唤醒功耗更大的信号处理器和收发器之前，利用信号本身来驱动系统运行。这一做法目前看来是有效的，经科学家们的测算，凭借这一技术制造的‘零功耗’传感器配合恰当的电池技术，将能够实现在战场连续工作至少 10 年而不需要更换电池。”

目前有大量美军在战场上丧生，其中一个重要原因就是军方无法依据理想的方式来部署传感器网络。Troy Olsson 举例称，在美军参战的海外地区，沿路如果有供电线路，美国国防部就能利用这些供电线路部署庞大的传感器网络，监测是否有恐怖分子挖掘道路安装简易爆炸装置等危险行为。而事实上，大多情况危险的战区都没有稳定可靠的供电线路，因此当前实际部署的几乎所有传感器都要依靠电池供电，而这有可能让更多美军士兵的生命安全受到威胁，因为在需要替换传感器电池时，可能让他们暴露于受伏击的危险之中。Troy Olsson 说：“在战斗状态下，我们不能只为了给鸡蛋大小的传感器换一小块电池而让士兵们遭到危险。”

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