|
Создали переносимые воздухом летающие микрочипы
|
|
|
|
Используя природные прототипы, ученые создали самые маленькие в истории летающие конструкции. Микропроцессоры размером с песчинку, оснащенные сверхминиатюрными датчиками, источниками питания, антеннами для беспроводной связи и встроенной памятью, могут контролировать переносимые по воздуху загрязнения и вирусы, а также выполнять множество других задач. Описание разработки опубликовано в журнале Nature. Новый летающий микрочип не имеет собственного двигателя. Вместо этого он ловит воздушные потоки, так же как это делают семена-пропеллеры клена.
|
|
|
|
Изучив аэродинамику семян, разносимых ветром, исследователи из Северо-Западного университета США вместе с коллегами из Китай, Кореи и Великобритании разработали такую форму искусственного микропропеллера, которая позволяет ему максимально долго находиться в воздухе при падении на большой высоте, а также обеспечивает контроль перемещения на большой территории.
|
|
|
"Наша цель состояла в том, чтобы добавить малым электронным системам свойство полета, с идеей, что эта новая возможность позволит нам распространять высокофункциональные миниатюрные электронные устройства для измерения параметров окружающей среды, мониторинга загрязнений, наблюдения за населением или отслеживания заболеваний, — приводятся в пресс-релизе университета слова ведущего автора статьи, руководившего разработкой устройства, Джона Роджерса (John Rogers), профессора в области материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии в Школе инженерии Маккормика и Медицинской школе имени Файнберга. — Мы смогли сделать это, вдохновленные биологическим миром. За миллиарды лет природа создала семена с очень сложной аэродинамикой. Мы позаимствовали эти концепции дизайна, адаптировали их и применили к платформам электронных схем".
|
|
|
|
Прототипом для конечного варианта летающего микрочипа послужили звездообразные семена цветущей лианы Tristellateia, произрастающей на Мадагаскаре. Лопастные крылья этих семян ловят ветер и падают с очень медленным вращением. Авторы предварительно спроектировали и построили множество различных дизайнов, в том числе — с тремя крыльями, оптимизированными по форме и углам, подобными крыльям семени тристеллатеи.
|
|
|
|
"Эволюция, вероятно, была движущей силой сложных аэродинамических свойств, присущих многим классам семян, — говорит Роджерс. — Биологические структуры, предназначенные для медленного и контролируемого падения, могут взаимодействовать с ветрами в течение длительного периода времени. Эта функция обеспечивает максимальное распространение за счет пассивных воздушных механизмов".
|
|
|
|
Чтобы определить идеальную конфигурацию, ученые провели полномасштабное цифровое моделирование того, как воздух обтекает устройство, чтобы имитировать медленное контролируемое вращение семени тристеллатеи. Затем, на основе этого моделирования авторы построили миниатюрные устройства и протестировали их в лаборатории, используя передовые методы визуализации и количественной оценки параметров потока. По оценкам исследователей, некоторые из созданных ими устройств даже превосходят по своим аэродинамическим качествам природные.
|
|
|
|
"Мы думаем, что мы обогнали природу, по крайней мере в том смысле, что мы смогли создать структуры, которые падают с более стабильными траекториями и с более низкими конечными скоростями, чем аналогичные семена деревьев", — отмечает ученый. Авторы уже протестировали устройства, оснащенные датчиками, источниками питания, собирающими энергию окружающей среды, памятью и антенной, которая может передавать данные по беспроводной сети на смартфон, планшет или компьютер. В одном испытании они использовали летающие микрочипы для обнаружения твердых частиц в воздухе, в другом — для определения рН водяного пара и измерения солнечного света на разных длинах волн.
|
|
|
|
Источник
|
