移動機器人和射頻識別標簽助力戶外物聯網

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

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

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

最近arXiv上發表了一篇文章，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線射頻識別（UHF RFID）傳感器和一個移動機器人結合，前者價格低廉，而后者能與人直接交流。這樣的結合是否能夠魚和熊掌兼得呢？回答是肯定的。

無線射頻識別（RFID）標簽主要包括一塊芯片和一根天線。大多數標簽自身不帶電源，它們通過天線射頻輻射來獲取能量，進而實現標簽的讀取功能。本質上，你從一個無源的標簽到有源的天線間實現了少量信息的傳輸。通過使用UHF RFID實現低功耗傳感器，你能收集少量的數據并隨時將其傳輸到附近的天線上，與此同時，當這些天線在相距RFID和傳感器足夠近時能為后者提供能量。

研究人員（來自麻城理工學院的Jennifer Wang，哈佛大學的Erik Schluntz以及杜克大學的Travis Deyle）演示了這一過程。首先將一大串便宜得離譜的RFID傳感器散布在一大片區域，然后通過一個移動機器人實現了傳感器的編號以及遠程讀取。相比其他方法而言，這一工作使得戶外物聯網能夠用更省錢的方法快速布置。

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，同時還能無限期運轉。與類似低功耗藍牙系統相比較，RFID至少便宜一個數量級，尺寸能夠更小，其能運行的時間則更長。整個傳感系統（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，廉價的RFID傳感器，以下將告訴你如何使之系統工作：順著田間走動，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，同時因為其過于廉價，你甚至可以在田間放置大量的傳感器。每放一個，簡單記錄下它的GPS坐標。當然，為實現數據的收集，請謹慎選擇你的移動機器人（研究人員同時使用架設有無線天線的四旋翼直升機和用作無人地面車（UGV）的遙控汽車），然后讓它們在所有的GPS坐標位置進行來回盤旋。當移動機器人每完成工作一次，將會激活天線，然后田間的RFID標簽將會將數據送回（如下圖所示）。

這項技術到底怎么樣？在技術層面上來說，非常棒，但是要將該技術進行商業化還需要一些改進。在讀取無源UHF RFID傳感器標簽中的問題在于天線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法自主讀到任何標簽數據。而無人地面車的結果要好一些，這一結果部分因為天線被安置在合適的高度?；谧灾鱃PS航點導航，無人地面車能讀出2/3的標簽。

研究人員聲稱隨著RFID技術的發展，目前這兩個挑戰（電源和距離）都可能被解決。事實上，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，一旦觸動這些標簽，你也將會收到罰單。然而，解決這一問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之間的機器人導航更為精確。因為移動機器人既能讀取所有的UHF RFID標簽，也能被手動控制，所以盡管仍需指出導航位點，但是該工作的意義在于這個系統被證明有效可行。

除了只感知標簽，移動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），你可以在任何你覺得最佳的地方插入標簽。通過一個超級廉價，可擴展，無需基礎設施的方法將傳感器伴隨著機器人引入到世界中，一個標簽10美分，這就是物聯網開始越來越蓬勃發展的原因所在。

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