关注地球未来的5种电子技术

能量收集：无线传感器网络的助推剂

从看似不可能的资源中收集或提取能量的工作已经有几十年的历史了。从可以亮灯的弹跳球和自已紧发条的手表到美国国防部高级研究计划署(Darpa)资助的项目(比如通过人体运动给可佩戴传感器供电)，这个领域充满了令人惊奇的应用。

能量的收集可以有很多来源，包括振动、声音、电磁、热量、机械、光线、运动和压力。一般使用压电、光电或热电元件将收集到的能量转换成电信号。从这些来源产生的电能通常用毫瓦(mW)来衡量，最终将使电池变得多余，许多设备不再需要连接到电网就能工作。

以色列公司Innowattech率先使用了安装在马路和铁轨下方的压电垫子收集能量。由以色列铁路公司安装的一款原型已经在每小时开过10至20趟有10辆汽车长的火车的一条铁轨上收集到了120kWh的能量。恢复出来的能量可以用来给信号灯供电，或上传到电网。

BigBelly Solar的这种垃圾压缩机看起来像是一个垃圾桶，但实际上是一个无线传感器网络。这台机器由太阳能电池供电，当垃圾装满时，它会向垃圾清运工发送短消息，从而节省不必要的出车费用。

虽然从马路上发电极具前途，但对能量收集来说最大的机会是无线传感器网络应用。免维护的无线网络正在改变无数进程，例如监视和管理远程环境条件、跟踪莴苣在长距离运输途中的新鲜程度或管理一幢楼宇的气候控制系统。由于这种网络能使工作变得更加高效，因此可以节省好几个数量级的间接使用能量。

让我们看看BigBelly Solar公司(马萨诸塞州牛顿市)制造的看似不起眼的BigBelly Solar智能垃圾收集系统吧。这套系统已经销往全球30个国家，核心是一台太阳能供电的垃圾压缩机，当装满垃圾时，它能通过短信通知垃圾清运工。这样可以避免垃圾车清运远程垃圾箱时不必要的行程，从而减少燃料使用，提高效率。

去年12月，Innowattech在以色列海法的一条铁轨延长线上安装了带嵌入式压电材料的垫子。当火车通过这个垫子时会产生电脉冲，进而产生电能。这项测试表明，可以通过收集机械能实现铁轨的远程监视，甚至给信号供电。

鉴于无线传感器网络的潜能，能量收集市场肯定会迎来爆发性增长。据波士顿市场调查公司IDTechEx预测，2011年这个市场的元器件销售额将达6.63亿美元，并且在今后5年内翻倍，到2021年再翻4倍。