, 2021/9/25
Homokszem nagyságú, repülni képes mikrochipeket terveztek, amelyek segíthetnek a légszennyezés és a betegségek nyomon követésében.
A Northwestern Egyetem mérnökei által kifejlesztett chipek nem rendelkeznek motorral vagy hajtóművel, hanem a szél hatására kapnak szárnyra. A chipek a juharfa magjaihoz hasonlóan a szél segítségével helikopterként pörögnek a levegőben a föld felé. A mérnökök a juharfa és más típusú, szél által szétszórt magvak tanulmányozásával optimalizálták a mikrorepülő aerodinamikáját, hogy nagy sebességgel történő ledobáskor lassú sebességgel, szabályozottan essen le.
Ez a viselkedés stabilizálja a repülését, így biztosítja a széles területen történő szétszóródást, és növeli a levegővel való kölcsönhatás időtartamát, így ideális a légszennyezés és a levegőben terjedő betegségek megfigyelésére. A mérnökök úgy vélik, hogy ezek az eddigi legkisebb, ember által készített repülő szerkezetek, és úgy tervezték őket, hogy ultraminiatürizált technológiával legyenek tele, beleértve az érzékelőket, energiaforrásokat, antennákat a vezeték nélküli kommunikációhoz és beágyazott memóriát az adatok tárolásához.
"Az volt a célunk, hogy szárnyas repülést adjunk a kisméretű elektronikus rendszerekhez, azzal az elképzeléssel, hogy ezek a képességek lehetővé teszik a nagy funkcionalitású, miniatürizált elektronikus eszközök terjesztését a környezet érzékelésére a szennyeződések megfigyelése, a népességfelügyelet vagy a betegségek nyomon követése céljából" - mondta John A. Rogers, a Northwestern munkatársa, aki az eszköz fejlesztését vezette.
"Ezt a biológiai világ által inspirált ötletek felhasználásával tudtuk megvalósítani. A természet az évmilliárdok során nagyon kifinomult aerodinamikájú magvakat tervezett. Ezeket a tervezési koncepciókat kölcsönvettük, adaptáltuk és elektronikus áramköri platformokra alkalmaztuk". A csapat számos különböző típusú mikrorepülőgépet tervezett és épített, köztük egy három szárnyasat, amelyet hasonló formára és szögre optimalizáltak, mint a tristellateia mag szárnyait.
A legideálisabb struktúra meghatározásához számításos modellezést alkalmaztak arról, hogyan áramlik a levegő az eszköz körül. E modellezés alapján különböző formájú és méretű szerkezetek széles választékát építették meg és tesztelték a laboratóriumban. "Olyan szerkezeteket tudtunk építeni, amelyek stabilabb pályán és lassabb végsebességgel esnek le, mint a növények vagy fák hasonló magjai" - mondta Rogers.
"Képesek voltunk arra is, hogy ezeket a helikopterrel repülő szerkezeteket a természetben előforduló szerkezeteknél sokkal kisebb méretben építsük meg. Ez azért fontos, mert az eszközök miniatürizálása jelenti a domináns fejlődési pályát az elektronikai iparban, ahol az érzékelők, rádiók, akkumulátorok és egyéb alkatrészek egyre kisebb méretekben építhetők meg"."
A mikrorepülőgépek két részből állnak: milliméteres méretű elektronikus funkcionális alkatrészekből és azok szárnyaiból. Ahogy a mikrorepülő a levegőben zuhan, szárnyai kölcsönhatásba lépnek a levegővel, és lassú, stabil forgó mozgást hoznak létre. Az elektronika súlya alacsonyan, a mikrorepülő közepén van elosztva, hogy megakadályozza, hogy elveszítse az irányítást és kaotikusan a földre zuhanjon.
A csapat már vizsgálta olyan példákat, amelyek szenzorokat; a környezeti energiát begyűjtő áramforrást; memóriatárolót és antennát tartalmaznak, amely vezeték nélkül képes adatokat továbbítani egy okostelefonra, táblagépre vagy számítógépre. Az egyik eszközt mindezekkel az elemekkel szerelték fel, hogy érzékelje a levegőben lévő részecskéket. Egy másik példában pH-érzékelőket építettek be, amelyekkel a vízminőséget lehetett figyelni, és fotodetektorokat a különböző hullámhosszúságú napsugárzás mérésére.