在可穿戴设备中实现能源自给自足的可行方法包括利用来自环境或佩戴者身体的能量。由于严格的重量、尺寸和资源限制，在生物接口上为可穿戴设备供电和通信具有挑战性。
新疆农业大学/浙江大学Xiangjiang Liu和浙江大学Lijuan Xie课题组提出了一种类似向日葵的植物可穿戴传感设备，它利用太阳能，实现完全的能源自给自足，以长期监测植物汁液流动，这是植物健康的重要指标。它具有可折叠的太阳能电池板以及所有必要的柔性电子元件，从而形成一个紧凑的系统，重量轻，足以满足小型工厂的需求。为了解决太阳能的低能量密度问题，我们开发了一种受萤火虫启发的超低能量光通信机制。这种方法与无人机和深度学习算法相结合，可以从大型农田的多个设备中高效检索数据。
图1：植物可穿戴自给自足的传感探头。（A） 描述传感探头工作原理的示意图。（B） 传感探头的设计，包括可折叠的硅太阳能电池板和微型锂离子电池，用于高效的太阳能收集和储存。此外，该探头还包括一个能够监测植物汁液流量的柔性电子传感器、一个用于数据传输的 LED 光发射器和一个紧凑的 FPCB 控制板。所有这些组件都集成在一个 3D 打印的柔软花朵形外壳中。（C） 展示传感探头物理外观的光学图像。（D） 光学成像下捕获的探头的可折叠太阳能电池板。（E） 光学图像显示了 LED 光发射器集成到太阳能电池板上，由可拉伸的蛇形铜导电轨道互连。（F） 放大的图像，详细突出显示了柔性树液流量传感器。
图2：植物可穿戴自给自足传感探头的基本功能。（A） 示意图展示了探头的能量收集和树液流传感系统。（B） 电路原理图，展示了探头的内部元件和连接。（C） 太阳能电池板在不同光强下产生的电力。（D） 太阳能电池板在典型天气条件下（晴天，3376 J;阴天，2269 kJ;雨天，292 J）收集的日能量，以及探测器的日能耗 （1773 J）。（E） 描述探头传感原理的示意图。
图4：探头的机械特性。（A） 展示太阳能电池板可折叠特性的光学图像，突出了其灵活性和对各种植物结构的适应性。
图5：植物可穿戴自给力传感探针的现场测试。（A） 探测器完整操作周期的示意图，详细说明了它在真实农田中的南瓜植物上的部署。系统级演示通过连续 14 天的现场测试强调了探测器的长期运行能力。
作者介绍了一种植物可穿戴传感探头，旨在将高效的能量收集功能与 SAP 流量监测相结合，从而为实时分析提供自我可持续的解决方案。探头使用类似向日葵的可折叠太阳能电池板为设备供电。使用热跟踪原理准确测量树液流量。整个系统结构紧凑、重量轻，可以巧妙地安装在植物茎上。机械稳健性和出色的生物相容性可确保长期监测，而不会影响植物的健康和活力。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads1136#abstract
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