A Northwestern Egyetem mérnökei új képességgel ruházták fel az elektronikus mikrochipeket: megtanították őket repülni. A körülbelül homokszemnyi méretű új repülő mikrochipnek nincs motorja vagy hajtóműve. Ehelyett a szél hatására kap szárnyra - hasonlóan a juharfa propellermagjához -, és helikopterként pörög a levegőben.
A mérnökök a juharfák és más, szél által szétszórt magok tanulmányozásával optimalizálták a mikrorepülő aerodinamikáját, hogy az - nagy magasságban ledobva - kis sebességgel, szabályozott módon essen le. Ez a viselkedés stabilizálja a repülését, biztosítja a nagy területen való szétszóródását, és megnöveli a levegővel való kölcsönhatásának időtartamát, így ideális a légszennyezés és a levegőben terjedő betegségek megfigyelésére - írja a Nature folyóiratban megjelent tanulmány.
Mivel ezek a mikrorepülők az eddigi legkisebb, ember által készített repülő szerkezetek, ultraminiatürizált technológiával is megpakolhatók, beleértve érzékelőket, áramforrásokat, antennákat a vezeték nélküli kommunikációhoz és beágyazott memóriát az adatok tárolásához.
"Az volt a célunk, hogy szárnyas repülési képességet adjunk a kisméretű elektronikus rendszerekhez, azzal az elképzeléssel, hogy ezek a képességek lehetővé tennék a nagy funkcionalitású, miniatürizált elektronikus eszközök terjesztését a környezet érzékelésére a szennyeződések megfigyelése, a lakosság megfigyelése vagy a betegségek nyomon követése céljából. Ezt a biológiai világ által inspirált ötletek felhasználásával tudtuk megvalósítani. Az évmilliárdok során a természet nagyon kifinomult aerodinamikájú magvakat tervezett. Ezeket a tervezési koncepciókat kölcsönvettük, adaptáltuk és elektronikus áramköri platformokra alkalmaztuk" - mondta John A. Rogers, a Northwestern munkatársa, aki az eszköz fejlesztését vezette.
A mikrorepülők megtervezéséhez a Northwestern csapata számos növény magjának aerodinamikáját tanulmányozta, a legközvetlenebb inspirációt a tristellateia növényből, egy virágzó szőlőből merítette, amelynek csillag alakú magjai vannak. A tristellateia magvaknak pengés szárnyaik vannak, amelyek elkapják a szelet, hogy lassú, forgó pörgéssel essenek le.
Rogers és csapata számos különböző típusú mikrorepülőgépet tervezett és épített, köztük egyet három szárnnyal, amelyet a tristellateia mag szárnyaihoz hasonló formára és szögre optimalizáltak. A modellezés alapján a csoport megépítette és tesztelte a szerkezeteket a laboratóriumban, fejlett módszereket alkalmazva az áramlási minták leképezésére és számszerűsítésére Leonardo Chamorróval, az Illinois-i Urbana-Champaign-i Egyetem gépészmérnöki docensével együttműködve. Az így kapott szerkezetek a legkülönbözőbb méretű és alakú struktúrákban alakíthatók ki, némelyik olyan tulajdonságokkal, amelyek a természetet is felülmúlják.
A mikrorepülőgépek két részből állnak: milliméteres méretű elektronikus funkcionális alkatrészekből és azok szárnyaiból. A bemutatott példákban Rogers csapata érzékelőket, a környezeti energiát összegyűjtő áramforrást, memóriatárolót és antennát épített be, amely vezeték nélkül képes adatokat továbbítani egy okostelefonra, táblagépre vagy számítógépre.
A laboratóriumban Rogers csoportja egy eszközt szerelt fel mindezekkel az elemekkel, hogy érzékelje a levegőben lévő részecskéket. Egy másik példában olyan pH-érzékelőket építettek be, amelyek a vízminőség ellenőrzésére használhatók, valamint fotodetektorokat a különböző hullámhosszúságú napsugárzás mérésére. Rogers elképzelése szerint nagyszámú eszközt lehetne ledobni egy repülőgépről vagy épületből, és széles körben szétszórni, hogy nyomon kövessék a környezeti kármentesítési erőfeszítéseket egy vegyi anyag kiömlése után, vagy hogy nyomon kövessék a légszennyezettség szintjét különböző magasságokban. Amikor pedig az eszközök elvégezték feladatokat, nyom nélkül lebomlanak a környezetben.
