移動(dòng)機器人和射頻識別標簽助力戶(hù)外物聯(lián)網(wǎng)

標簽并不需要任何基礎設施（電源、WIFI等），你可以在任何你覺(jué)得最佳的地方插入標簽。

很多時(shí)候，移動(dòng)機器人的遙感系統可以協(xié)助人們完成各種事情。它們通過(guò)照相機、雷達、超聲、激光定位器或者其他方式找到任何它們周?chē)臇|西，這已經(jīng)是極好的。但是這些應用都需要更直接的傳感形式：也就是說(shuō)，你想要探測的東西都需與傳感器直接接觸。移動(dòng)機器人可以隨身攜帶探針或其他小玩意實(shí)現這樣的測量，但是該過(guò)程實(shí)現起來(lái)既困難又耗時(shí)。

例如，讓我們想象一個(gè)完全虛擬的場(chǎng)景：我們住在加州，嘗試在地里種些食物，但是我們幾乎沒(méi)有水。為了使植物高效的生長(cháng)，我們希望能夠測量土壤的濕度，以確保我們澆水不會(huì )過(guò)多或過(guò)少。假設我們需要找到一種更高效的方法來(lái)替代人工來(lái)回探測土壤水分，那就可以試試看用一個(gè)移動(dòng)機器人做相同的工作，不過(guò)這看起來(lái)有點(diǎn)滑稽同時(shí)可能花費昂貴的代價(jià)。當然，我們還有一種選擇，就是在田間安裝各種傳感器，但是你必須購買(mǎi)傳感器，給它們充上電，同時(shí)要需保證各種復雜的無(wú)線(xiàn)工作正常以使得所有傳感數據能夠得到反饋。

最近arXiv上發(fā)表了一篇文章，一組研究人員提出了一種混合方式，他們將遠距離超高頻無(wú)線(xiàn)射頻識別（UHF RFID）傳感器和一個(gè)移動(dòng)機器人結合，前者價(jià)格低廉，而后者能與人直接交流。這樣的結合是否能夠魚(yú)和熊掌兼得呢？回答是肯定的。

無(wú)線(xiàn)射頻識別（RFID）標簽主要包括一塊芯片和一根天線(xiàn)。大多數標簽自身不帶電源，它們通過(guò)天線(xiàn)射頻輻射來(lái)獲取能量，進(jìn)而實(shí)現標簽的讀取功能。本質(zhì)上，你從一個(gè)無(wú)源的標簽到有源的天線(xiàn)間實(shí)現了少量信息的傳輸。通過(guò)使用UHF RFID實(shí)現低功耗傳感器，你能收集少量的數據并隨時(shí)將其傳輸到附近的天線(xiàn)上，與此同時(shí)，當這些天線(xiàn)在相距RFID和傳感器足夠近時(shí)能為后者提供能量。

研究人員（來(lái)自麻城理工學(xué)院的Jennifer Wang，哈佛大學(xué)的Erik Schluntz以及杜克大學(xué)的Travis Deyle）演示了這一過(guò)程。首先將一大串便宜得離譜的RFID傳感器散布在一大片區域，然后通過(guò)一個(gè)移動(dòng)機器人實(shí)現了傳感器的編號以及遠程讀取。相比其他方法而言，這一工作使得戶(hù)外物聯(lián)網(wǎng)能夠用更省錢(qián)的方法快速布置。

上面的圖片展示了UHF RFID 標簽的樣子。這里展示的標簽花費不到10美分，同時(shí)還能無(wú)限期運轉。與類(lèi)似低功耗藍牙系統相比較，RFID至少便宜一個(gè)數量級，尺寸能夠更小，其能運行的時(shí)間則更長(cháng)。整個(gè)傳感系統（包括阻抗探針在內）花費不到1美金。

一旦你擁有了大批量的，廉價(jià)的RFID傳感器，以下將告訴你如何使之系統工作：順著(zhù)田間走動(dòng)，在需要測量的地方插上傳感器（如右中圖所示）。這樣的工作你只需要完成一次，同時(shí)因為其過(guò)于廉價(jià)，你甚至可以在田間放置大量的傳感器。每放一個(gè)，簡(jiǎn)單記錄下它的GPS坐標。當然，為實(shí)現數據的收集，請謹慎選擇你的移動(dòng)機器人（研究人員同時(shí)使用架設有無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)的四旋翼直升機和用作無(wú)人地面車(chē)（UGV）的遙控汽車(chē)），然后讓它們在所有的GPS坐標位置進(jìn)行來(lái)回盤(pán)旋。當移動(dòng)機器人每完成工作一次，將會(huì )激活天線(xiàn)，然后田間的RFID標簽將會(huì )將數據送回（如下圖所示）。

這項技術(shù)到底怎么樣？在技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，非常棒，但是要將該技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化還需要一些改進(jìn)。在讀取無(wú)源UHF RFID傳感器標簽中的問(wèn)題在于天線(xiàn)需要放置在靠近標簽適當的位置：像研究人員用到的結構，最佳的讀取距離為1.3米，該距離在標準GPS系統的定位偏差范圍內。此外，標簽在傳輸數據前需要充電一段時(shí)間（一到兩秒），因此你不能僅僅將他們編號完事然后希望得到測量結果。所以盡管這個(gè)團隊能夠在人工控制的情況下讀出所有標簽的數據，但是他們的四旋翼直升機無(wú)法自主讀到任何標簽數據。而無(wú)人地面車(chē)的結果要好一些，這一結果部分因為天線(xiàn)被安置在合適的高度?；谧灾鱃PS航點(diǎn)導航，無(wú)人地面車(chē)能讀出2/3的標簽。

研究人員聲稱(chēng)隨著(zhù)RFID技術(shù)的發(fā)展，目前這兩個(gè)挑戰（電源和距離）都可能被解決。事實(shí)上，這些RFID標簽早已被用在一些高速公路收費系統中，即使你只超速10英里每小時(shí)，一旦觸動(dòng)這些標簽，你也將會(huì )收到罰單。然而，解決這一問(wèn)題并不局限在這一研究中，很多其他的研究也致力于使導航點(diǎn)之間的機器人導航更為精確。因為移動(dòng)機器人既能讀取所有的UHF RFID標簽，也能被手動(dòng)控制，所以盡管仍需指出導航位點(diǎn)，但是該工作的意義在于這個(gè)系統被證明有效可行。

除了只感知標簽，移動(dòng)機器人也能放置標簽，并且由于標簽并不需要任何基礎設施（電源、WIFI等），你可以在任何你覺(jué)得最佳的地方插入標簽。通過(guò)一個(gè)超級廉價(jià)，可擴展，無(wú)需基礎設施的方法將傳感器伴隨著(zhù)機器人引入到世界中，一個(gè)標簽10美分，這就是物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始越來(lái)越蓬勃發(fā)展的原因所在。

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