Международная группа ученых разработала самые маленькие в истории летающие микросхемы, у которых нет двигателя. Их движение очень похоже на полет семян клена — они подхватываются движением воздуха и вращаются вокруг своей оси во время полета. Такие устройства можно использовать для мониторинга загрязнения воздуха и отслеживания вирусов, передающихся воздушно-капельным путем. Исследование опубликовано в журнале Nature.
«Наша цель состояла в том, чтобы обеспечить мелкомасштабные электронные системы возможностью летать. Мы предполагали, что это позволит нам распространять высокофункциональные миниатюрные электронные устройства для контроля за окружающей средой, мониторинга загрязнений, наблюдения за населением или отслеживания заболеваний, — рассказали авторы работы. — Мы смогли сделать это, вдохновившись естественными механизмами биологического мира. На протяжении миллиардов лет природа создавала семена с очень сложной аэродинамикой. Мы позаимствовали эти концепции, адаптировали их и применили во время создания своих схем».
Многим известно, как падают семена клена — благодаря своеобразным «лопастям» они кружатся вокруг своей оси и медленно опускаются на землю. Изучив строение этих и других видов семян, которые легко перемещаются по воздуху, инженеры оптимизировали аэродинамику микросхем, чтобы с большой высоты они не падали вниз с высокой скоростью, а плавно опускались, задерживаясь воздушными потоками.
Сравнение размеров микросхемы и обычного муравья. Northwestern University
В ходе исследования ученые разработали множество различных типов микросхем, чтобы создать устройство с наиболее подходящим строением. Для этого инженеры создали полномасштабную вычислительную модель того, как воздух обтекает устройство. Она помогла разработать летающие конструкции, которые по размерам получились даже меньше семян деревьев, но при этом имели более стабильные траектории падения и меньшие скорости.
Новые устройства состоят из двух частей: электронных функциональных компонентов миллиметрового размера и крыльев. Когда микросхема падает, ее крылья взаимодействуют с воздухом, создавая медленное и стабильное вращательное движение. Внутри них также расположились крошечные датчики, источник питания, хранилище данных и антенна, которая может передавать информацию по беспроводной сети на смартфон, планшет или компьютер. При этом датчики в каждом отдельном устройстве могут быть разными – одни могут измерять качество воды, другие – воздействие солнечного излучения и прочее.
Инженеры предполагают, что такие микросхемы можно будет сбросить с самолета или высокого здания, чтобы их подхватил ветер и разнес на большие территории. Кроме того, ученые отмечают, что сейчас они занимаются разработкой электроники, которая может безвредно растворяться в воде после использования. В дальнейшем авторы собираются применить такие технологии в своих летающих устройствах, чтобы они не наносили вред природе.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
