Американские деревья предупредят о лесных пожарах
Спасение утопающих — дело рук самих утопающих. Спасение леса от пожара – дело рук… либо веток? Либо стволов? В общем, самих деревьев. Имеется ещё, само собой разумеется, птицы и животные. Но у них и без того забот полно.
А деревья стоят себе и стоят. Так из-за чего бы им не заняться предупреждением о начинающихся лесных пожарах?
Лишь в Соединенных Штатах пожары каждый год в среднем уничтожают 17 тысяч квадратных километров лесов (а это, кстати, 0,18% территории страны). Уже стало традицией, что каждое лето горит американский штат Калифорния. А в 2002 году к нему присоединились Аризона, Калифорния, Колорадо и Орегон.
Европейские государства кроме этого страдают от массовых возгораний лесных массивов. От бесчисленных пожаров гибнут не только обитатели и деревья лесов, но и обитатели близлежащих городов, дома которых оказываются окружены пламенем. Сложно оценить, какие конкретно утраты несёт человечество в целом, в то время, когда выгорают лёгкие планеты, не говоря уже о последствиях таких трагедий.
Как раз исходя из этого в некоторых государствах мира до сих пор существуют люди, основной задачей которых есть обнаружение очагов начинающихся пожаров, а на борьбу и предупреждение с пожарами тратятся миллионы долларов каждый год.
Упрощённая схема работы накопительной батареи единичного сенсора (иллюстрация Rebecca Macri).
Само собой разумеется, человечество (особенно самая цивилизованная его часть) уже давно создаёт тушения и системы обнаружения лесных пожаров.
К примеру, существует совокупность MODIS Rapid Response System, созданная NASA и снимающая изображения Почвы в разных спектрах. Она разрешает определять очаги возгорания и другие начинающиеся природные катаклизмы.
Федеральное лесное управление США (U. S. Forest Service) кроме этого применяет совокупность удалённых автоматических метеостанций. Но они в большинстве собственном или сложны и, как следствие, стоят громадных денег, или мало распространены.
Одновременно с этим дополнительные недорогие сенсоры имели возможность бы частично решить проблему. Они спасли бы деревья, вовремя снимая показатели с определённой территории около себя и выдавая предупреждения о надвигающейся угрозе, гласит пресс-релиз Массачусетского технологического университета (MIT).
Существует лишь одна неприятность: всем им будут нужны источники питания, а их замена/перезарядка требует большое количество времени, сил и денег, в особенности в труднопроходимых местах.
Нужно оптимизировать работу совокупности сенсоров для уменьшения потребления энергии. Этим занимаются не только химики, но и программисты (иллюстрация Rebecca Macri).
Американские исследователи придумали, как решить эту проблему, и взялись за создание батареек, каковые бы ни при каких обстоятельствах не разряжались.
Несколько учёныхпод руководством Шугуаном Чжаном (Shuguang Zhang), ассистентом директора Центра биоинженерии MIT (Center for Biomedical Engineering), сделала вывод, что для этих целей в полной мере подойдёт электричество, которое смогут производить деревья.
Чжан трудится в сотрудничестве с постдоком Андреасом Мершиным (Andreas Mershin) и Кристофером Лавом (Christopher Love), каковые уже много лет занимаются созданием разных химических датчиков и и биоэлектронных устройств, изучением клеточных процессов.
Сенсоры, передающие посредством беспроводных сетей информацию о влажности и температуре около себя, возможно запитать от стандартных батарей, решили они. Батареи со своей стороны будут медлительно подзаряжаться за счёт естественных природных процессов.
Были использованы однообразные платиновые электроды, подсоединённые к вольтметру. Солевой мостик употреблялся для замыкания цепи через землю-корни.
На врезке справа продемонстрированы процессы, происходящие в ствола дерева: напряжение частично зависит от дзета-потенциала (отличия потенциалов, определяемой отличием токов соков дерева у стенок и ближе к центру ствола) (иллюстрация MIT).
Учёные уверены в том, что в простых условиях хватит передавать сигнал около четырёх ежедневно, а при происхождения пожара — мгновенно.
Любой сенсор будет отправлять собственные показатели второму. Так, по цепочке, все сведенья попадут на уже существующую метеостанцию, которая отправит их на спутник. С него все данные поступит в командный центр в Бойсе, Айдахо.
Само собой разумеется, одно дерево создаёт в единицу времени не через чур много энергии, но неспешно она будет накапливаться в достаточном размере, так же как ведро воды набирается кроме того из медлительно капающего крана.
Физическое явление, которое стоит за этим процессом, обрисовать достаточно легко. Между землёй и ксилемой дерева, на которой оно растёт, существует отличие потенциалов, она образуется из-за различных значений кислотности (pH) ствола и почвы.
Тут продемонстрированы графики зависимости напряжения от времени: видно, что уж через 30-40 мин. наступает насыщение, а показатели весьма близки по значению (иллюстрация MIT).
В собственных опытах с фикусом Бенджамина (Ficus benjamina) учёные не нашли зависимости напряжения от времени дня, освещения, тока сока, высоты положения электрода либо ионного состава земли. Напротив, величина и полярность напряжения зависели от отличия в кислотности между почвой и ксилемой, пишут авторы открытия в собственной статье, вышедшей в издании PLoS ONE.
Мершин отмечает, что соответствующие сенсоры и накопительная батарея уже готовы. Все части совокупности легко установит кроме того неквалифицированный рабочий.
«Мы ожидаем, что достаточно будет снабдить сенсором всего лишь одно дерево на тысячу квадратных метров», — говорит он.
Варьирование pH и ионного состава земли (моделировался в чашке Петри при помощи растворов разных солей) (иллюстрация MIT).
Созданием беспроводных сетей занялась компания Voltree Power (Мершин и Лав являются её совладельцами). Правильнее, она уже занималась подобными разработками, а на данный момент приспособила собственный продукт под потребности данного проекта.
Кристофер Лав тестирует разработку на фикусе (фото Christopher Huang).
На сайте компании присутствует следующее описание: отечественный конвертер энергии, интегрированный в блок питания сенсора, не подвержен влиянию ветра, света, температурных трансформаций либо какому-либо механическому действию. Собственного рода паразит, он может жить на дереве и наряду с этим не мешать ему развиваться и расти. Его срок работы ограничен только временем судьбы дерева-хозяина.
Наряду с этим трудится он негромко и не нагревается.
Первые тесты разработки MIT начнутся весной 2009 года на наделе земли площадью в 40 тысяч квадратных метров (его предоставило лесное управление США). Учёные собирается выяснить, как минимизировать потребление энергии сенсорами, изменяя конфигурацию совокупности.
Чжан и его команда грезят о том, что со временем такая распределённая совокупность сенсоров сможет передавать каждые эти, нужные учёным и влияниям. Они приводят таковой пример применения собственной разработки: совокупность сенсоров, расположившихся на деревьях недалеко от границы, может давать предупреждение о контрабандном провозе радиоактивных материалов.
Может, они и преувеличивают, но уже борьба с пожарами (при стабильной работы совокупности) стала бы большим достижением для создателей.
