美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)劃署(DARPA)正在開發(fā)啟動(dòng)戰(zhàn)場(chǎng)用傳感器的新技術(shù)，一路保護(hù)在外出任務(wù)的美軍──DARPA的項(xiàng)目經(jīng)理Troy Olsson日前在美國(guó)舉行的IEEE年度傳感器技術(shù)大會(huì)(IEEE Sensor 2016)上介紹了這種接近零功耗之RF與傳感器技術(shù)“N-Zero”的細(xì)節(jié)。
DARPA預(yù)計(jì)在2018年可布署的戰(zhàn)場(chǎng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)需要近乎零的待機(jī)功耗，而且MEMS技術(shù)是不可或缺；該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了以往不曾想象過(guò)的MEMS技術(shù)優(yōu)勢(shì)──不只能提供近乎零的待機(jī)功耗，還能利用被偵測(cè)的訊號(hào)本身的電力來(lái)啟動(dòng)發(fā)送器，實(shí)現(xiàn)真正的零待機(jī)功耗。
在某些情況下，發(fā)送器也能不用電池供電，而是由來(lái)自太陽(yáng)能、震動(dòng)能量采集器等再生能源，儲(chǔ)存于超級(jí)電容器的能量供電。“我們?cè)噲D降低我們的傳感器功耗，因此能將之布署于很長(zhǎng)一段時(shí)間不需更換電池的戰(zhàn)略裝備；”Olsson表示：“現(xiàn)在我們還希望訊號(hào)本身能在喚醒更強(qiáng)大的訊號(hào)處理器與發(fā)送器之前，能實(shí)際啟動(dòng)處理程序。”
目前有許多美軍在戰(zhàn)場(chǎng)上失去寶貴生命，有部分原因就是因?yàn)檐姺綗o(wú)法依據(jù)想要的方式布署各種傳感器；舉例來(lái)說(shuō)，如果能在美軍海外作戰(zhàn)區(qū)域的所有道路上布署傳感器，就能偵測(cè)到是否有敵軍在某地埋了爆裂物，但往往因?yàn)閼?zhàn)場(chǎng)缺乏電力供應(yīng)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
美軍也可以利用自有電力，每隔幾碼的距離布署傳感器以偵測(cè)行軍路線的爆裂物，但目前這種傳感器得用電池供電，而且如果在戰(zhàn)場(chǎng)布署大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)，有可能反而讓更多士兵的生命安全受到威脅，因?yàn)樵谛枰鎿Q傳感器電池時(shí)，可能讓他們暴露于受伏擊的危險(xiǎn)；Olsson表示：“在戰(zhàn)斗狀態(tài)下，我們不能只為了替換電池而讓士兵受到危害。”
圖中大規(guī)模布署的傳感器網(wǎng)絡(luò)只會(huì)在為了發(fā)送有車輛出現(xiàn)的訊息時(shí)被喚醒──其零待機(jī)功耗的MEMS麥克風(fēng)能偵測(cè)到車輛接近時(shí)的噪音（來(lái)源：DARPA）
N-Zero開發(fā)項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)混合MEMS與微電子的超小型傳感器；依據(jù)其復(fù)雜度以及最接近的高功率RF中繼器(repeater)距離，有些較簡(jiǎn)易的傳感器還能利用無(wú)人機(jī)撒在戰(zhàn)場(chǎng)上，利用能量采集技術(shù)支持連續(xù)的實(shí)時(shí)狀況偵察。
其他較復(fù)雜的傳感器數(shù)組則是可以采用鈕扣型電池或3號(hào)、4號(hào)電池，將完整的視覺、音頻甚至雷達(dá)訊號(hào)等內(nèi)容發(fā)送回基地，而且至少10年不需要更換電池。
零待機(jī)功耗的無(wú)人看守傳感器、通訊節(jié)點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置應(yīng)用，能支持周邊監(jiān)控、關(guān)鍵設(shè)施保護(hù)以及監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況（來(lái)源：DARPA）
DARPA的N-Zero開發(fā)團(tuán)隊(duì)研究人員發(fā)現(xiàn)，MEMS傳感器能利用其內(nèi)部的微型移動(dòng)機(jī)械零件，從訊號(hào)產(chǎn)生功率來(lái)運(yùn)作；從其MEMS子系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)(hierarchy)，能激勵(lì)次1伏特的電子進(jìn)行訊號(hào)處理，甚至能在開啟N-Zero RF發(fā)送器之前判斷是否為假警報(bào)。而發(fā)送器只需要傳送一個(gè)低功率的鳥鳴(chirp)訊號(hào)以識(shí)別其發(fā)現(xiàn)，不需要發(fā)送耗電量大的原始數(shù)據(jù)。
零待機(jī)功耗MEMS喚醒傳感器以5層光罩在絕緣上覆硅(SOI)晶圓片上制作（來(lái)源：DARPA）
利用「N-Zero」項(xiàng)目開發(fā)的傳感器技術(shù)，美國(guó)國(guó)防部除了期望能拯救士兵的生命，也期望能大量降低無(wú)辜民眾在戰(zhàn)地遭遇地雷等爆裂物而受傷甚至喪命的機(jī)率。
