當野火再次侵襲加利福尼亞州的時候,科學家表示,他們已經發現一種更容易的方式去探測和警示致命火災:一種僅需要樹葉搖晃就可供電的森林火災傳感器。這一裝置像湯匙一樣大小,生產價格僅需 20 美元。
理論上價格比衛星監測或者人工巡檢更加便宜。
今年美國已經發生超過 37000 場野火,席捲了將近 11000 平方公裡的土地。通常情況下,消防員採用載人瞭望塔、飛機、地面巡邏和衛星的方式來監測火災。但是這些方式成本高且需要大量人力。
像家用的低成本消防傳感器需要定期更換電池,假設發生在加利福尼亞,你需要定期更換 81000 次電池,如果電池中的有害物質洩漏出來會造成環境汙染。
新型火災探測器不需要更換電池,它通過微小運動就產生能量的 「摩擦發電機」。該設計由一組大小略有不同的同心圓柱體組成,其中一個塗有銅膜,另一個塗有特氟龍,通過聯鎖和橡皮筋相連。因為底部被加重,當掛在搖擺的樹枝上時,圓柱體上下移動,從而將不穩定動能轉化為電能。
該研究的負責人密西根州立大學機械工程師曹昌勇說:「這種設計可以藉助樹枝的輕微擺動來發電。這一裝置依賴微風來發電,但是森林火災會產生氣流,也就意味著電源是不需要擔心的。」該團隊在《Advanced Functional Materials》中的文章表示,該技術既防火又防水,而且由於沒有電池,因此不會有有害物質洩漏的風險。
當將這一設備掛在樹上時,自供電型野火探測器會利用風中的搖擺來發電,從而供電給溫度和一氧化碳傳感器。
原型機配備兩種不同傳感器:一個測量溫度,一個測量野火釋放的一氧化碳濃度。該團隊設想最終設計將採用無線發射器,這樣就可以將每個傳感器的數據上傳到控制中心和衛星上,以此來向緊急服務部門發出警示。研究人員說,為了提高這一設備的火災探測能力,其他的傳感器如果需要也可以添加。額外的傳感器還可以吸收有毒氣體或者監測空氣汙染。
設備具有數 10 米的探測範圍。曹說,實際中,我們也不需要實現區域全覆蓋,我們可以採用 100 米的間隔,如果火災發生,我們可以確認火災位置,也有足夠時間和安全距離來採取行動。他還補充道,這一發電機可以足夠快的發電,滿足每三分鐘進行一次上報。
曹說,與目前的火災監控方法相比,該裝置具有幾個優點,從長遠來看,不僅操作更便宜,而且更容易,同時也會比衛星周期性覆蓋某一區域提供更加持續的監測。不像衛星,該系統不受當地天氣或者火災煙霧和灰塵影響。
喬治亞理工學院的材料科學家王忠林表示,這種裝置具有 "巨大的潛力"。他說,摩擦式納米發電機是技術革命——從製造自供電心率監測器到無電池防盜探測器——而且這種新設備在森林火災監測方面也有潛力實現同樣的功能。
斯旺西大學的野外消防科學家斯特凡 · 多爾稱讚這種傳感器是一個 "令人興奮的發展"。但他指出,這項技術還沒有在該領域進行測試。此外,他還補充道,這些裝置 "確實與其他設備無法比較的",光學技術能夠發現火塔或飛機,衛星傳感器可以探測火災造成的紅外熱型號。他說,一個問題是你可能需要 100 個新的傳感器來覆蓋 1 平方公裡的土地,而這僅僅是 "在火災易發地區,汪洋大海般中的一滴海水"。