导读：污染的河流在地下蔓延如何溯源？建筑物地基逐渐松动受什么影响？湿地为什么神秘干涸？在地质领域，以上这三种情况都需要用到同一种技术：追踪地下水流动情况的传感器——这种设备非常专业且昂贵，以至于美国地质调查局（USGS）也只有少数几台。
2026年7月27日，来自普渡大学农业学院林业与自然资源系物联网与生态分析助理教授雅各布·霍森正在利用 3D 打印技术为这种价格昂贵且高度专业化的设备创造一种价格更便宜的替代方案。
作为致力于开发经济实惠的环境监测技术的“河流修复情报与验证”组织的贡献者，Hosen既拥有资源，又拥有重新构想传感器构建方式的理念。他和他的团队从零开始设计了这些新型传感器。电路板上装有温度传感器阵列，可以追踪地下水的速度和方向，这些传感器被安装在3D打印的外壳中，可以直接在实验室中生产和迭代。霍森解释说：“设计一个精确的传感器，很大一部分工作是制造一个不会干扰水流的外壳。我们正在使用3D打印技术制作纹理，以重现土壤环境，这样水就能像在地下一样流过传感器。”
经济性和可操作性是生产过程的核心。研发团队与几家美国供应商合作采购电路板等零部件，其余部分则在实验室中利用3D打印机和一台特制的烤箱完成。霍森说道：“我们只需要在美国找几家供应商就能生产出所有这些部件，然后剩下的组装工作就可以在公司内部完成，每台设备的成本只需几百美元。这在大多数生态实验室里是做不到的。”这个项目以及霍森的其他传感器开发工作，让学生们有机会亲身实践通常只在工程实验室里才会用到的制造技术。研究生和本科生都能学习到电路板组装、3D打印和原型迭代等技能。霍森表示：“这为构建这类设备提供了一种不同的方法，是一个有用的概念验证。”
初步耐久性测试结果令人鼓舞：这些设备在水下连续运行七到八个月未发生故障。如果大规模应用取得成功，它们有望成为美国地质调查局（USGS）油井的标准长期部署设备，设计用于连续运行数月至数年。新型传感器可利用农业信息技术部门建立的LoRa网络进行无线数据传输，同时还将数据本地存储作为备份，确保在监测偏远地区时不会丢失任何信息。普渡大学不断扩展的网络覆盖范围支持在校园内对该设备的遥测功能进行测试。
霍森说：“在大学环境中，使基础设施与研究需求相匹配是一项挑战。我们在这里成功地做到了这一点，我们应该为此感到自豪。”首次大型实地测试将在美国地质调查局位于伊利诺伊州边界附近坎卡基河沿岸的站点进行。此外，还将在普渡大学的ACRE湿地部署其他设备，用于研究水文情况。项目汇集了多家机构的专家力量。Hosen与河流修复情报与验证中心（River Restoration
Intelligence and Verification）的首席工程师Zaven
Arra共同提出了这一概念。 普渡大学农业与生物工程教授、印第安纳州水资源研究中心主任Keith
Cherkauer担任联合首席研究员。项目资金由美国地质调查局下一代水资源观测系统（USGS Next Generation Water
Observing System）提供。
研发团队正在为这件设备申请专利——并非为了盈利，而是为了保持设计的开源性，这一策略旨在让所有需要的人都能使用这些设备。Hosen已将这项创新成果披露给普渡大学创新技术商业化办公室，该办公室已申请专利以保护知识产权。Hosen 认为这些传感器在各个领域都有应用：例如，为国防部追踪受污染的地下水，监测数据中心的用水量，评估建筑物在积水条件下的稳定性，以及研究湿地中的地下水流动。霍森说道：“只要地下有水流动的地方，它就能起作用。”
来源：南极熊
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