台湾因为频繁的地质活动,形成陡峻的地势,造就全岛川流湍急,密布坑沟,也导致岩层土壤容易崩蚀;加上气候变迁、梅雨与台风季节暴雨集中等天候条件,让土石流频繁发生,如 2009 年莫拉克台风在小林村造成的重大灾害。为此,相关单位必须在土石流易发地区设立户外环境监测系统,但如何取得稳定的电力供给系统运作,则形成最艰难的挑战。
工研院研发的“土壤驱动监测系统”,能突破能源供给与系统耗能限制,让土壤为系统发电。其原理是采用土壤离子氧化还原产生的微量电源,搭配高效率直流升压与超低功耗能源转态检测芯片,供电给无线监测系统使用。
为了节省电量,这套系统创新突破,利用“土壤含水量自主驱动技术”,由于低含水量时土壤能源极低,系统会完全关闭;待含水量接近警戒值,土壤能源会有剧增现象,此时能源将足够开启系统进行资料处理与警示传送。
换句话说,当环境因为强烈降雨造成土壤水分大量增加时,系统会主动开启,开始侦测危险警示;当环境无异常时候,系统又会自动进入休眠关闭状态。“土壤驱动监测系统”全年无休地待命侦测,如同台湾对抗土石流的终极防线。
此外,土壤驱动监测系统更可以利用在智慧农业等方面。工研院资讯与通讯研究所工程师蔡昆儒说明,“智慧农业同样需要多节点感测收集环境资讯。有了这套技术,将来不用接电源线就能实现多点建置,同时可以降低装设与维护成本。像是大型菇类培植场或大范围温室,其环境密闭闷热且湿度高,若设有多感知节点,电源布建将相当复杂。而此时就是土壤发电的最佳使用场域。”
(首图来源:ITRI Taiwan YouTube)