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无需引擎!这种微芯片是史上最小的人造飞行结构

蚂蚁与3D微型飞行器的体积对比。

3D飞行器的特写照片。

美国西北大学的工程师们赋予了电子微芯片一项新功能:飞行。他们打造的沙粒大小的新型飞行微芯片无需发动机,就能“乘风”而行。通过借鉴自然界随风传播的种子,工程师们优化了微型飞行器的空气动力学构造,以确保它能以可控的方式从高海拔区域缓速降落。这种改进稳定了飞行器的飞行行为,使其能在广阔的空间内分散;也增加了它与空气相互作用的时间,使之成为监测空气污染和空气传播疾病的理想工具。研究人员表示,作为有史以来最小的人造飞行结构,这些微型飞行器还可以搭载传感器、电源、无线通信天线和嵌入式存储器等超小型设备。当地时间9月23日,相关论文刊登在《自然》杂志中。

在大自然中,很多植物进化出了巧妙的方式来保证种子的广泛传播。研究人员从三星藤蔓中得到了启示(这种开花植物种子上叶片状的结构让它得以借助风力缓慢旋转),确定了最理想的微型飞行器结构。

在设备的制造过程中,团队还从儿童弹出式书籍中汲取了灵感。他们首先在平面几何结构中制造了飞行结构前体,随后将前体粘在小幅度拉伸的橡胶基板上。当基板松弛时,就会发生受控的屈曲过程,使机翼弹出,形成高精度的三维形状。项目负责人John A. Rogers评价:“这种由2D前体构建3D结构的策略非常强大,因为现有的半导体设备都是基于平面布局构造的。因此,我们可以利用消费电子行业中最先进的材料和制造工艺,生产标准的、平面的芯片式结构。随后再依据弹出式书籍的原理,将它们转换成3D飞行器。”

在演示实验中,Rogers团队展示了将微型飞行器用于空气微粒检测、水质监测和光线波长探测等领域的可行性。Rogers表示,工作人员可以从飞机或高楼上抛洒大量微型飞行器,待其广泛分散后监测环境修复工作,或是跟踪不同高度的空气污染水平。Rogers说:“大多数监测技术都涉及大量仪器设备。我们设想以多个微型传感器实现高空间密度分布,构成无线网络。”

失效后的微型飞行器是否会成为电子垃圾?Rogers团队对此早有计划。他们在微型飞行器中使用的瞬态电子器件可于任务完成后在水中溶解,不产生危害。Rogers说:“这从根本上解决了大量微型飞行器的回收难题。”

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然》

期刊编号:0028-0836

原文链接:

https://techxplore.com/news/2021-09-winged-microchip-smallest-ever-human-made.html

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