你有没有被困在一场突如其来的倾盆大雨中?天气预报系统总是试图预测不利的天气事件。然而,这些系统严重依赖于笨重、固定、昂贵的设备,如天气雷达,阻碍了及时更新当地天气状况供个人使用。大阪都市大学和东京大学的一个研究小组为了解决这一知识和实用性方面的差距,开发了一种可连接的轻量级传感器板,该传感器板具有灵活的电阻传感器和储层计算分析功能。
这个单一的设备可以同时实时测量雨滴体积和风速,并在雨伞、汽车或房屋上报告天气信息。研究负责人、大阪都会大学的Kuniharu Takei教授指出:“这些发现为天气预报开辟了一条很有前景的经济途径,有助于防灾和提高社区安全。”
为了确定降雨量,传感器测量雨滴击中其表面时产生的电阻。它由聚二甲基硅氧烷(PDMS)超疏水硅酮片保护,该硅酮片注入石墨烯,并用激光进一步处理。超疏水硅胶可阻隔水滴,确保传感器的耐久性和稳定性。激光纹理技术可以持续控制和测量水滴的行为,无论水滴在传感器表面停留、滑动、反弹或分裂。
该传感器可以轻松地固定在各种表面上,并且在平坦或弯曲时仍能正常工作。在不同角度安装传感器后,对降雨量估计值的测试变化没有显示出显著差异,这表明传感器可以安装在雨伞等手提物品上。如果广泛采用,将有可能获得大量数据,从而能够开发实时本地天气图。
风速对水滴行为有显著影响,表明需要在测量雨滴体积的同时测量风速。传统上,测量多个天气数据需要多个传感器,这会增加功耗。除了这种传统做法之外,研究人员还利用一种称为水库计算(RC)的机器学习算法来分析输出数据。降雨和风力条件的变化导致电阻变化,传感器检测到电阻变化,然后将其记录为时间序列数据。这些数据被用来训练机器,机器可以预测模式,并报告降雨量和风速作为输出信息。
尽管仍有更多的工作要做,以进一步提高其准确性,该传感器预计将成为下一代天气传感的支柱。这项研究发表在《高级材料》上,推进了联合国关于弹性基础设施、可持续城市和气候行动的可持续发展目标。Takei教授总结道:“我们相信该设备有助于实现最终的物联网社会,即安全、安全、舒适和无灾难的社会。我们愿意积极参与促进此类实际应用的行业-政府-学术界合作。”