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Nov 09, 2023

환경 변화를 예측하기 위해 연구원들은 차세대 무선 센서 네트워크를 만듭니다.

2023년 1월 16일 이

2023년 1월 16일

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시카고 대학교 앤드류 넬리스(Andrew Nellis)

스마트 전구부터 창고 로봇에 이르기까지 모든 것을 구성하는 상호 연결된 장치의 증가하는 웹인 "사물 인터넷"은 연결성과 정보 공유를 얼마나 획기적으로 향상시키기 때문에 "4차 산업 혁명"의 중심 기둥으로 자리잡고 있습니다.

이제 웹이 건물을 넘어 풍경으로 확장되어 공기, 토양 및 물의 오염 및 영양분 함량을 모니터링하는 감각 네트워크를 형성한다고 상상해 보십시오. 이러한 네트워크는 시카고 대학 프리츠커 분자 공학 대학(PME) 교수이자 아르곤 국립 연구소 수석 고문인 수프라틱 구하(Supratik Guha)의 목표입니다.

그와 그의 팀은 오염, 수분 수준 및 화학 성분을 추적하기 위해 에이커 규모의 땅과 물을 감시하는 센서 어레이인 "무선 센서 네트워크"를 개발하고 있습니다. Guha는 이러한 시스템이 빠르게 변화하는 지구의 구성 요소에 대해 절실히 필요한 데이터를 열어줄 것이라고 믿습니다.

Guha는 "이러한 센서 네트워크는 생태계의 정확한 그림을 만드는 데 필수적인 실시간 고밀도 데이터를 제공할 것"이라고 말했습니다. "우리는 강이 어떻게 오염되고 있는지, 얼마나 많은 비료가 토양에서 씻겨 나가고 있는지 알고 싶습니다. 더 나은 데이터를 통해 육상 생태학자들은 더 나은 질소 및 이산화탄소 순환 모델을 개발할 수 있으며, 농부들은 정확히 적절한 양의 물을 정확하게 사용할 수 있습니다. 시간."

농업에서는 작은 데이터 포인트가 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 체적 수분 함량(특정 흙 덩어리에 얼마나 많은 물이 흡수되는지)은 농부가 오늘 자신의 밭에 물을 줄 것인지 연기할 것인지를 결정합니다. 물이 너무 적으면 식물이 시들 수 있습니다. 물이 너무 많으면 토양 침식을 악화시키고 점점 더 희귀해지는 자원을 낭비하며 하류 공급원을 오염시킵니다.

육상 생태학에서도 마찬가지입니다. 데이터가 왕입니다. 그러나 단기적인 환경 변화에 대한 양질의 데이터는 역사적으로 최근까지 얻기가 어려웠습니다.

Sigfox와 같은 저렴한 센서와 저전력 무선 시스템의 출현을 활용하여 Guha 교수와 그의 팀은 Thoreau(유명한 박물학자 Henry David Thoreau의 이름을 따서)라는 프로젝트 이름으로 세 가지 별도의 환경 센서 네트워크를 만들었습니다. 그러한 네트워크 중 하나는 여러 인도 강의 수질을 모니터링하고, 다른 하나는 시카고 대학 캠퍼스 주변의 토양 수분을 기록하며, 세 번째 네트워크는 일리노이주 바타비아에 있는 페르미 국립 연구소 근처의 시범 농장에서 일년 내내 토양 정보를 수집합니다.

박사 4년차 이 프로젝트에 참여하고 있는 학생 Gregory Grant는 이 프로젝트의 더 넓은 잠재력을 설명합니다.

Grant는 "밭이나 국유림, 자연 보호 구역에 눈에 띄지 않게 센서를 배치함으로써 수질이나 토양 온도를 모니터링할 수 있습니다."라고 말했습니다. "캘리포니아와 같은 곳에서는 산불을 모니터링하거나 농업 관리를 돕는 강력한 도구입니다. 우리는 위험, 물 사용량, 비료 유출, 오염에 대해 정보를 바탕으로 결정을 내릴 수 있습니다. 우리가 배우는 것이 너무 많습니다."

센서 기술은 빠르게 발전하고 각 Thoreau 네트워크에 사용되는 특정 구성 요소는 시간이 지남에 따라 다양해졌습니다. Fermi 농장 네트워크(Thoreau 2.0)는 플라스틱으로 둘러싸인 회로 기판에 연결된 비교적 저렴한 토양 센서를 사용합니다. 이러한 "노드"는 한쪽 끝에서 연장된 갈래형 안테나가 있는 화면이 없는 작은 스마트폰과 유사해 보입니다.

농장의 23개 노드 각각은 표면 아래 1.5피트 아래에 묻혀 있어 체적 수분 함량, 온도 및 토양 전기 전도도를 감지합니다. 4개의 AA 리튬 이온 배터리가 노드에 전원을 공급하여 대략 4년 반의 작동 수명을 제공합니다.