移动机器人和射频识别标签助力户外物联网

标签并不需要任何基础设施（电源、WIFI等），你可以在任何你觉得最佳的地方插入标签。

很多时候，移动机器人的遥感系统可以协助人们完成各种事情。它们通过照相机、雷达、超声、激光定位器或者其他方式找到任何它们周围的东西，这已经是极好的。但是这些应用都需要更直接的传感形式：也就是说，你想要探测的东西都需与传感器直接接触。移动机器人可以随身携带探针或其他小玩意实现这样的测量，但是该过程实现起来既困难又耗时。

例如，让我们想象一个完全虚拟的场景：我们住在加州，尝试在地里种些食物，但是我们几乎没有水。为了使植物高效的生长，我们希望能够测量土壤的湿度，以确保我们浇水不会过多或过少。假设我们需要找到一种更高效的方法来替代人工来回探测土壤水分，那就可以试试看用一个移动机器人做相同的工作，不过这看起来有点滑稽同时可能花费昂贵的代价。当然，我们还有一种选择，就是在田间安装各种传感器，但是你必须购买传感器，给它们充上电，同时要需保证各种复杂的无线工作正常以使得所有传感数据能够得到反馈。

最近arXiv上发表了一篇文章，一组研究人员提出了一种混合方式，他们将远距离超高频无线射频识别（UHF RFID）传感器和一个移动机器人结合，前者价格低廉，而后者能与人直接交流。这样的结合是否能够鱼和熊掌兼得呢？回答是肯定的。

无线射频识别（RFID）标签主要包括一块芯片和一根天线。大多数标签自身不带电源，它们通过天线射频辐射来获取能量，进而实现标签的读取功能。本质上，你从一个无源的标签到有源的天线间实现了少量信息的传输。通过使用UHF RFID实现低功耗传感器，你能收集少量的数据并随时将其传输到附近的天线上，与此同时，当这些天线在相距RFID和传感器足够近时能为后者提供能量。

研究人员（来自麻城理工学院的Jennifer Wang，哈佛大学的Erik Schluntz以及杜克大学的Travis Deyle）演示了这一过程。首先将一大串便宜得离谱的RFID传感器散布在一大片区域，然后通过一个移动机器人实现了传感器的编号以及远程读取。相比其他方法而言，这一工作使得户外物联网能够用更省钱的方法快速布置。

上面的图片展示了UHF RFID 标签的样子。这里展示的标签花费不到10美分，同时还能无限期运转。与类似低功耗蓝牙系统相比较，RFID至少便宜一个数量级，尺寸能够更小，其能运行的时间则更长。整个传感系统（包括阻抗探针在内）花费不到1美金。

一旦你拥有了大批量的，廉价的RFID传感器，以下将告诉你如何使之系统工作：顺着田间走动，在需要测量的地方插上传感器（如右中图所示）。这样的工作你只需要完成一次，同时因为其过于廉价，你甚至可以在田间放置大量的传感器。每放一个，简单记录下它的GPS坐标。当然，为实现数据的收集，请谨慎选择你的移动机器人（研究人员同时使用架设有无线天线的四旋翼直升机和用作无人地面车（UGV）的遥控汽车），然后让它们在所有的GPS坐标位置进行来回盘旋。当移动机器人每完成工作一次，将会激活天线，然后田间的RFID标签将会将数据送回（如下图所示）。

这项技术到底怎么样？在技术层面上来说，非常棒，但是要将该技术进行商业化还需要一些改进。在读取无源UHF RFID传感器标签中的问题在于天线需要放置在靠近标签适当的位置：像研究人员用到的结构，最佳的读取距离为1.3米，该距离在标准GPS系统的定位偏差范围内。此外，标签在传输数据前需要充电一段时间（一到两秒），因此你不能仅仅将他们编号完事然后希望得到测量结果。所以尽管这个团队能够在人工控制的情况下读出所有标签的数据，但是他们的四旋翼直升机无法自主读到任何标签数据。而无人地面车的结果要好一些，这一结果部分因为天线被安置在合适的高度。基于自主GPS航点导航，无人地面车能读出2/3的标签。

研究人员声称随着RFID技术的发展，目前这两个挑战（电源和距离）都可能被解决。事实上，这些RFID标签早已被用在一些高速公路收费系统中，即使你只超速10英里每小时，一旦触动这些标签，你也将会收到罚单。然而，解决这一问题并不局限在这一研究中，很多其他的研究也致力于使导航点之间的机器人导航更为精确。因为移动机器人既能读取所有的UHF RFID标签，也能被手动控制，所以尽管仍需指出导航位点，但是该工作的意义在于这个系统被证明有效可行。

除了只感知标签，移动机器人也能放置标签，并且由于标签并不需要任何基础设施（电源、WIFI等），你可以在任何你觉得最佳的地方插入标签。通过一个超级廉价，可扩展，无需基础设施的方法将传感器伴随着机器人引入到世界中，一个标签10美分，这就是物联网开始越来越蓬勃发展的原因所在。

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