自供电野火探测器如何有效防止致命火灾

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来源：sciencemag

编译：陈晨

当野火再次侵袭加利福利亚州的时候，科学家表示，他们已经发现一种更容易的方式去探测和警示致命火灾：一种仅需要树叶摇晃就可供电的森林火灾传感器。这一装置像汤匙一样大小，生产价格仅需20美元。

理论上价格是比卫星监测或者人工巡检更加便宜的。

今年美国已经发生超过37000场野火，席卷了将近11000平方公里的土地。通常情况下，消防员采用载人瞭望塔、飞机、地面巡逻和卫星的方式来监测火灾。但是这些方式成本高且需要大量人力。

像家用的低成本消防传感器需要定期更换电池，假设发生在加利福利亚，你需要定期更换81000次电池，如果电池中的有害物质泄漏出来会造成环境污染。

新型火灾探测器不需要更换电池，它通过微小运动就产生能量的“摩擦发电机”。该设计由一组大小略有不同的同心圆柱体组成，其中一个涂有铜膜，另一个涂有特氟龙，通过联锁和橡皮筋相连。因为底部被加重，当挂在摇摆的树枝上时，圆柱体上下移动，从而将不稳定动能转化为电能。

该研究的负责人密歇根州立大学机械工程师曹昌勇说：“这种设计可以借助树枝的轻微摆动来发电。这一装置依赖微风来发电，但是森林火灾会产生气流，也就意味着电源是不需要担心的。”该团队在《Advanced Functional Materials》中的文章表示，该技术既防火又防水，而且由于没有电池，因此不会有有害物质泄漏的风险。

当将这一设备挂在树上时，自供电型野火探测器会利用风中的摇摆来发电，从而供电给温度和一氧化碳传感器。

原型机配备两种不同传感器：一个测量温度，一个测量野火释放的一氧化碳溶度。该团队设想最终设计将采用无线发射器，这样就可以将每个传感器的数据上传到控制中心和卫星上，以此来向紧急服务部门发出警示。研究人员说，为了提高这一设备的火灾探测能力，其他的传感器如果需要也可以添加。额外的传感器还可以吸收有毒气体或者监测空气污染。

设备具有数10米的探测范围。曹说，实际中，我们也不需要实现区域全覆盖，我们可以采用100米的间隔，如果火灾发生，我们可以确认火灾位置，也有足够时间和安全距离来采取行动。他还补充道，这一发电机可以足够快的发电，满足每三分钟进行一次上报。

曹说，与目前的火灾监控方法相比，该装置具有几个优点， 从长远来看，不仅操作更便宜，而且更容易，同时也会比卫星周期性覆盖某一区域提供更加持续的监测。不像卫星，该系统不受当地天气或者火灾烟雾和灰尘影响。

佐治亚理工学院的材料科学家王忠林表示，这种装置具有"巨大的潜力"。他说，摩擦式纳米发电机是技术革命——从制造自供电心率监测器到无电池防盗探测器——而且这种新设备在森林火灾监测方面也有潜力实现同样的功能。

斯旺西大学的野外消防科学家斯特凡·多尔称赞这种传感器是一个"令人兴奋的发展"。但他指出，这项技术还没有在该领域进行测试。此外，他还补充道，这些装置"确实与其他设备无法比较的"，光学技术能够发现火塔或飞机，卫星传感器可以探测火灾造成的红外热型号。他说，一个问题是你可能需要100个新的传感器来覆盖1平方公里的土地，而这仅仅是"在火灾易发地区，汪洋大海般中的一滴海水"。

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https://www.sciencemag.org/news/2020/08/self-powered-wildfire-detector-could-help-prevent-deadly-blazes