Найменша літаюча структура коли-небудь була натхненна розповідачами та насінням

Іноді, в прагненні до ефективності, ми можемо зробити великі прибутки, приймаючи відходи від природи. Дизайн крила - це одне місце, де природа перевершує, і ми працювали своїми нотами для всього від вітрових турбін до човнів, щоб керувати поверхнями на літаках. Тепер команда вчених, очолювала Джоном А. Роджерс з північного заходу, поклав біоміметичні крила на мікрочіп, створюючи найменшу літаючу структуру, яку люди колись зробили.

"Наша мета полягала в тому, щоб додати крилатий рейс до дрібних електронних систем, з ідеєю, що ці можливості дозволять нам розповсюджувати високофункціональні, мініатюризовані електронні пристрої для відчуття середовища для моніторингу забруднення, спостереження за населенням або відстеженням захворювань", - сказав Роджерс. "Ми змогли це зробити, використовуючи ідеї, натхненні біологічним світом. Протягом мільярдів років природа розробив насіння з дуже витонченою аеродинамікою. Ми запозичили ці конструктивні концепції, адаптували їх, і застосували їх на електронні платформи. "

Під час проектного процесу для цих "мікрофлерів", дослідники тісно вивчали дизайн різних видів насіння. Вони спостерігали за візерунком вертольотів кленових вертольотів, коли вони обертаються і тріпотіти до землі, і порівнювали його з м'яко обертаючим спуском насіння тристеляції. Як насіння, дослідники розробили свої пристрої навколо корисного навантаження, крихітного лукавальної електроніки. Результат виглядає як нічого досить так сильно, як надзвичайно фантастичний біоміметичний блиск:

Роджерс і його команда розробляються та побудували багато різних типів мікрофлерів, спочатку покладаються на плоскі, планарні геометрії, як орігамі. Тоді, натхненний ступенями каскрани, вони намагалися зв'язати ці жорсткі геометричні структури на еластичні матеріали, які проходили під напругою. За допомогою "контрольованого вигинного процесу" вони сформували точні тривимірні форми, коли розслаблений підкладка розслабляється.

У співпраці з машинобудуванням професор Юнган Хуан, також з північно-західний, команда розробників для цих крихітних кліщів використовувала статистику та обчислювальну потужність для проведення багатьох різних моделюючих обчислювальної рідини. "Обчислювальне моделювання дозволяє швидку оптимізацію конструктивних структур, що дає найменшу швидкість терміналу", - сказав Хуан. "Це неможливо з експериментами з пробними та помилками".

Вони порівнювали багато мікрофлерів у кожному поколінні тестування, а потім відібрали конструкції, які виконували найкращі конкретні цілі. Це дозволить команді ітерацію до форм, які працювали, без обов'язково необхідності розробити певний математичний опис кожної кривої, заздалегідь. Отримані структури втілюють широкий спектр форм і розмірів, але команда найбільш тісно зосереджена на витонченій, три крилаті тристаляції насіння.

Це важко бити природу, коли справа доходить до ефективності, але Роджерс вважає, що команда зробила це, "принаймні у вузькому сенсі ми змогли побудувати структури, що падають з більш стабільними траєкторами та на повільні термінальні швидкості, ніж еквівалентні насіння, що Ви побачите з рослин або дерев, - сказав він. "Ми також змогли побудувати ці вертольотні літаючі конструкції на розмірах набагато менше, ніж ті, що знаходяться в природі".

Крім їхніх конструкцій крила, група також продемонструвала кілька різних варіантів для корисної електроніки. Одна збірка, призначена для моніторингу, в повітряному стовпці, включені датчики, джерело живлення, здатного збирання енергії навколишнього середовища, трохи пам'яті, а також антена для передачі будь-яких даних він збирає. Інший, призначений для моніторингу якості води, використовувався датчик рН та фотоприймачі, які можуть вимірювати експозицію сонця на різних довжинах хвиль.

Роджерс передбачають використання для цих мікрофільтів, які можуть залучати їх від площин або відкинути їх до моря в величезних числах. З одного боку, це відчуває трохи, щоб говорити про рому інтелектуального, летячого спостереження за те, що телефони додому, а потім зникає шляхом розчинення у воду. З іншого боку, хоча, здається, іронічним, щоб поставити цілу купу потрясіння електроніки в повітря та воду, щоб перевірити їх для забруднення. Роджерс теж на цій проблемі. Його команда нещодавно зробила заголовки після демонстрації тимчасових, біоресурсних кардіостимуляторів.

Лабораторія вже розробляє "фізично перехідні системи електроніки, що використовують деградовані полімери, компостні провідники та розчинну інтегральну струму, що, природно, зникають у екологічно доброякісні продукти, коли вони вплинули на воду", - пояснив він. "Ми визнаємо, що відновлення великих колекцій мікрофлерів може бути складним. Щоб вирішити цю проблему, ці екологічно розрізані версії природно розчиняються та нешкідливо. "

Дослідження показано на обкладинці 23 вересня випуск природи. (Зображення та відео: Північно-західний університет.)