Вы когда-нибудь попадали в ловушку неожиданного проливного ливня? Системы прогнозирования погоды всегда пытались предвидеть неблагоприятные погодные явления. Однако эти системы сильно зависят от громоздкого, стационарного и дорогостоящего оборудования, такого как метеорологический радар, что препятствует своевременному обновлению информации о местных погодных условиях для личного пользования. Восполняя этот пробел в знаниях и практичности, исследовательская группа из Осакского столичного университета и Токийского университета разработала присоединяемый и легкий сенсорный лист, который оснащен гибким резистивным датчиком и расчетным анализом резервуара.
Это единственное устройство позволяет одновременно измерять в реальном времени объем дождевых капель и скорость ветра , сообщая информацию о погоде , когда оно прикреплено к зонту, машине или дому. Ведущий исследователь, профессор Кунихару Такей из Осакского столичного университета, отметил: «Результаты открывают многообещающий экономический подход к составлению отчетов о погоде , способствуя обеспечению готовности к стихийным бедствиям и повышению безопасности населения».
Чтобы определить объем дождя, датчик измеряет электрическое сопротивление , возникающее, когда капля дождя попадает на его поверхность. Он защищен супергидрофобным силиконовым листом из полидиметилсилоксана (PDMS), который пропитан графеном и дополнительно обработан лазером. Супергидрофобный силикон отталкивает капли воды, обеспечивая долговечность и стабильность датчика. Лазерное текстурирование позволяет постоянно контролировать и измерять поведение капель воды , независимо от того , остаются ли они, скользят, отскакивают или разделяются на поверхности датчика.
Датчик можно легко закрепить на самых разных поверхностях, и он остается работоспособным, когда он плоский или изогнутый. Тестирование изменений в оценках объема дождя с датчиком, установленным под разными углами, не показало существенных различий, что позволяет предположить, что датчик можно прикрепить к переносимым вручную предметам, таким как зонты. В случае широкого распространения можно было бы получать массовые данные, которые позволяют разрабатывать местные карты погоды в реальном времени.
Скорость ветра оказывает значительное влияние на поведение капель воды, что указывает на необходимость измерения скорости ветра одновременно с объемом дождевых капель. Обычно для измерения нескольких фрагментов данных о погоде требуется несколько датчиков, что увеличивает энергопотребление. Выходя за рамки этой традиционной практики, исследователи использовали алгоритм машинного обучения, называемый резервуарными вычислениями (RC), для анализа выходных данных. Изменения условий дождя и ветра привели к изменению сопротивления, которое было обнаружено датчиком и затем записано в виде данных временного ряда. Такие данные использовались для обучения машины, которая предсказывала картину и сообщала об объеме дождя и скорости ветра в качестве выходной информации.
Несмотря на то, что предстоит еще многое сделать для дальнейшего повышения его точности, ожидается, что датчик станет основой для определения погоды следующего поколения. Исследование, опубликованное в Advanced Materials, продвигает Цели устойчивого развития Организации Объединенных Наций в отношении устойчивой инфраструктуры, устойчивых городов и действий по борьбе с изменением климата. «Мы считаем, что это устройство может внести свой вклад в создание идеального общества Интернета вещей, которое будет безопасным, надежным, удобным и безаварийным, — заключил профессор Такей, — и мы хотели бы активно участвовать в сотрудничестве между промышленностью, правительством и академическими кругами, которое продвигает такие практические приложения».
