Крылатый микрочип — самая маленькая в мире летающая конструкция

25.09.2021 0 Редакция Steelgrey

Технологии. Инженеры Северо-Западного университета уменьшили микрочип примерно до размера песчинки и наделили его способностью летать, сообщает новость spacedaily.

Крылатый микрочип - самая маленькая в мире летающая конструкция | newssky.com.ua

Новая «микрофлира», подробно описанная в среду в журнале Nature, — это самая маленькая летающая конструкция в мире.

Предыдущие попытки уменьшить роботов до этого размера, например, попытка исследователей Purdue создать роботов размером с песчинку, требовали «силовых полей» или других методов для управления их полетом, но исследователи Северо-Запада выбросили эти идеи на ветер — буквально.

Без двигателя летающие микрочипы полагаются на ветер, чтобы оставаться в воздухе. При разработке крыльев микрофлоры инженеры использовали в качестве вдохновения семена пропеллера кленового дерева и несколько других семян растений, рассеянных ветром.

Подобно семенам клена, микрофлора вращается при падении с большой высоты. Вращательное действие замедляет спуск микрочипа, позволяя ему плавно перемещаться по воздуху, взаимодействуя с местными воздушными потоками.

Исследователи разработали летающие микрочипы, которые можно будет развернуть десятками, выпустить и рассеять с высоты. Микропроцессоры могут быть оснащены датчиками и антеннами для сбора измерений и хранения данных.

В ближайшем будущем для мониторинга загрязнения воздуха и заболеваний, передающихся по воздуху, могут быть развернуты целые группы микрофлеров.

«Наша цель состояла в том, чтобы добавить крылатый полет к малым электронным системам, с идеей, что эти возможности позволят нам распространять высокофункциональные миниатюрные электронные устройства для измерения окружающей среды для мониторинга загрязнения, наблюдения за населением или отслеживания заболеваний», — пишет автор исследования Джон А. Роджерс в пресс-релизе.

«Мы смогли сделать это, используя идеи, вдохновленные биологическим миром», — сказал Роджерс, профессор материаловедения в Северо-Западном университете.

Немецкие исследователи ранее создавали маленькие крылатые дроны, которые действуют и выглядят как бабочки, хотя электроника на борту и, следовательно, их возможности были ограничены. Однако команда Роджерса решила не имитировать таких существ, как насекомые или другие животные.

Семена пропеллера клена медленно падали на землю. Продолжительное опускание семян увеличивает их шансы быть унесенными ветром и образовать новые древостои.

Хотя семена клена были наиболее известным источником вдохновения, инженеры в конечном итоге смоделировали свой летающий крылатый микрочип по образцу звездообразных семян растения тристеллатейя. Семена виноградной лозы могут похвастаться лопастными крыльями, которые при спуске совершают медленное контролируемое вращение.

После рассмотрения множества крылатых структур, похожих на семена растения tristellateia, исследователи использовали модели, чтобы точно понять, как каждая трехмерная структура будет взаимодействовать с воздухом во время спуска.

 

«В течение миллиардов лет природа создала семена с очень сложной аэродинамикой», — сказал Роджерс. «Мы позаимствовали эти концепции дизайна, адаптировали их и применили к платформам электронных схем».

Роджерс и его коллеги оптимизировали форму крыльев микрофлоры, чтобы создать медленное контролируемое вращение.

Чтобы изготовить крылья микрочипа, исследователи использовали принцип детской всплывающей книжки, чтобы превратить 2D-компоненты-предшественники в 3D-структуру. При растяжении склеенная резиновая подложка остается плоской, но когда ей дают расслабиться, она изгибается, образуя трехмерную крылатую структуру.

В лабораторных испытаниях ученые успешно оснастили микрофлоры всевозможными аксессуарами: хранилищами данных, датчиками, способными обнаруживать твердые частицы, фотодетекторами для измерения воздействия солнца, антеннами, способными отправлять данные на ближайший компьютер или планшет. Исследователи даже предоставили своим микрофлорам возможность собирать энергию окружающей среды.

Исследование предполагает, что микрофлиры могут быть дополнены аксессуарами для выполнения всех видов задач мониторинга.

Это может включать падение с самолета или крыши здания для измерения местных атмосферных условий или для измерения загрязнения воздуха после разлива химикатов.

«Большинство технологий мониторинга включают в себя массовые инструменты, предназначенные для локального сбора данных в небольшом количестве точек в интересующей пространственной области», — сказал Роджерс.

«Мы предполагаем большое количество миниатюрных датчиков, которые могут быть распределены с высокой пространственной плотностью на больших площадях, чтобы сформировать беспроводную сеть», — сказал Роджерс.

Чтобы не усугубить проблему загрязнения планеты, Роджерс и его партнеры по исследованиям в настоящее время экспериментируют с созданием микроволокон, используя материалы, которые распадаются в воде вскоре после завершения их миссии.

Ранее исследователи использовали такие материалы для создания так называемой «переходной электроники».

«Мы производим такие физически переходные электронные системы, используя разлагаемые полимеры, компостируемые проводники и растворимые интегральные микросхемы, которые естественным образом превращаются в экологически безопасные конечные продукты при контакте с водой», — сказал Роджерс.

«Мы понимаем, что восстановление больших коллекций микрофлир может оказаться трудным. Чтобы решить эту проблему, эти экологически устойчивые версии растворяются естественным образом и безвредно», — сказал Роджерс.

 

 


Поделиться статьей:

Подписаться на новости:




В тему: