Използвайки естествени прототипи, учените са създали най-малките в историята летящи структури. Микропроцесорите с размер на пясъчно зърно, оборудвани с ултра миниатюрни сензори, захранващи устройства, безжични антени и вградена памет, могат да наблюдават замърсяването на въздуха, вирусите и да изпълняват и други задачи.
Описанието на разработката е публикувана в списание „Nature”.
Новият летящ микрочип няма собствен двигател. Вместо това той улавя въздушните потоци и лети, както го правят витлообразните семена на клена.
След като са проучили аеродинамиката на семената, пренасяни от вятъра, изследователи от Северозападния университет на САЩ, заедно с колеги от Китай, Корея и Великобритания, са разработили такава форма на изкуствен микропропелер, която му позволява да остане максимално дълго във въздуха при падане от голяма височина, а също така осигурява контрол на движението на голяма площ.
„Нашата цел беше да добавим възможности за летене към малки електронни системи, с идеята, че тази нова възможност ще ни позволи да разпространяваме високо функционални миниатюрни електронни устройства за измерване параметрите на околната среда, мониторинг на замърсяването, наблюдение на населението или проследяване на болести”, заяви Джон Роджърс – професор по материалознание и инженерство, биомедицинско инженерство и неврологична хирургия в Инженерното училище McCormick и училището по медицина Файнберг.
„Успяхме да направим това, вдъхновени от биологичния свят. За милиарди години природата е създала семена с много сложна аеродинамика. Ние използвахме тези концепции на дизайна, адаптирахме ги и ги приложихме към платформите с електронни схеми”, каза още той.
За прототип на окончателния вариант на летящия микрочип послужиха звездообразните семена на цъфтящата лиана Tristellateia, която расте в Мадагаскар. Крилцата с лопатки на тези семена улавят вятъра и падат с много бавно въртене. Авторите предварително са проектирали и изградили много различни дизайни, включително един с три крила, с оптимизирани форма и ъгли, подобни на тези на семената на лианата.
Еволюцията вероятно е била движещата сила зад сложните аеродинамични свойства, присъщи на много класове семена. Биологичните структури, предназначени за бавно и контролирано падане, могат да си взаимодействат с вятъра продължително време. Тази функция осигурява максимално разпространение за сметка на пасивните въздушни механизми, обясни Роджърс.
За да определят идеалната конфигурация, учените направили пълномащабна дигитална симулация на това как въздухът преминава покрай устройството, за да имитира бавното, контролирано въртене на семената на тристелатеята. След това, въз основа на тази симулация, авторите създали миниатюрни устройства и ги тествали в лаборатория, използвайки усъвършенствана визуализация и количествени методи на параметрите на потока.
Според авторите на изобретението, някои от създадените от тях свойства дори превъзхождат по своите аеродинамични качества природните. Това позволява микрочипът да има по-стабилна траектория на падане с по-ниска крайна скорост, отколкото естествените семена от дърветата.
Учените вече са тествали устройства, оборудвани със сензори, захранващи устройства, които акумулират енергия от околната среда, памет и антена, която може да предава безжично данни към смартфон, таблет или компютър. В един от тестовете те използвали летящи микрочипове за откриване на прахови частици във въздуха, а в друг - за определяне на рН на водната пара и измерване на слънчевата светлина при различни дължини на вълните.
