Инженеры из Северо-Западного университета в США создали самый маленький летающий микрочип в мире. Его диаметр немногим более миллиметра, но он может преодолевать большие расстояния по воздуху, не имея двигателя. Всё благодаря дизайну, который учёные подсмотрели у природы.
Речь идёт об особых аэродинамических характеристиках, которые эволюция подарила… семенам растений. Растения имеют возможность распространяться по миру благодаря тому, что их семена, подхваченные ветром, могут улететь далеко от места своего "рождения".
Вспомнить хотя бы семена-"вертолётики", которые все дети любят подбрасывать в воздух. Подхваченные ветром, эти семена с крыльями могут преодолевать большие расстояния.
"Вероятно, многим классам семян сложные аэродинамические свойства придала эволюция, – полагает ведущий автор исследования Джон Роджерс (John A. Rogers) из Северо-Западного университета. – Эти биологические структуры [семена] созданы природой для медленного и контролируемого падения, так чтобы они могли взаимодействовать с потоками ветра как можно дольше. Эта особенность обеспечивает максимальное латеральное распространение исключительно за счёт пассивных воздушных механизмов".
Последняя фраза учёного переводится на обычный человеческий язык так: потоки воздуха могут уносить семена очень далеко от материнского растения.
Для того чтобы создать чипы-"микросамолёты", исследовательская группа изучила аэродинамику целого ряда семян растений, распространяющихся по воздуху. Основным вдохновением для инженеров стали семена растения рода Tristellateia, похожие формой на звезду.
"Лучи" на семенах этого растения служат своеобразными лопастями, которые ловят ветер во время падения и замедляются в воздухе благодаря вращению. Когда потоки воздуха попадают на эту вертушку, они заставляют её зависнуть на одной высоте. В это время такая "звезда" вполне может преодолеть большое расстояние по горизонтали (всё зависит от силы ветра).
Используя компьютерное моделирование, учёные выбрали для своего микрочипа идеальную звёздчатую форму, которая обеспечивала ему наиболее стабильную траекторию полёта.
Заготовки будущего летающего микрочипа производят в виде плоских листов. Затем их помещают на слегка растянутую резиновую основу. Когда её впоследствии отпускают, лопасти приобретают необходимый объём.
Сам микрочип состоит всего из двух компонентов: функциональной электронной части и лопастей для полёта. Вес электроники смещён к центральной нижней части, что обеспечивает устройству контролируемый полёт: микрочип в этом случае не переворачивается в воздухе.
Электронные компоненты экспериментального чипа состоят из датчиков, источника энергии, карты памяти и антенны. С помощью антенны данные с чипа могут передаваться беспроводным способом на смартфон, планшет или компьютер.
В условиях лаборатории исследователи провели следующий эксперимент: они использовали летающий микрочип, чтобы проследить за взвешенными в воздухе частицами. Инженеры также оборудовали устройство датчиками кислотно-щелочного баланса (с их помощью микрочип может измерять pH среды) и фотодетекторами, определяющими воздействие солнечных лучей разной длины волны.
Учёные предполагают, что большое количество таких устройств можно будет сбрасывать с большой высоты, чтобы оценивать уровень загрязнения воздуха на разных высотах или для отслеживания последствий разлива химикатов.
Обычно в этих целях применяются стационарные датчики, которые не позволяют так же быстро оценить реальные масштабы распространения загрязняющих веществ в воде и воздухе.
Инженеры понимают, что в этом случае их микрочипы останутся в окружающей среде без возможности их из неё удалить (довольно сложно будет собрать облако распылённых над той или иной местностью микроскопических устройств). Чтобы предотвратить возможное загрязнение природы дополнительным электронным мусором, исследователи планируют сделать свой микрочип биоразлагаемым.
Благо, инженеры Северо-Западного университета уже разработали электронные компоненты, безопасно разлагающиеся в жидких средах. Ранее мы писали об одном из них: биоразлагаемом имплантате для восстановления повреждённых нервов.
Подобные наработки авторы нового устройства планируют использовать и в производстве летающих микрочипов.
Работа с описанием нового изобретения вышла в авторитетном научном издании Nature.
Напомним, ранее мы рассказывали о самом миниатюрном в мире микрочипе, который помещается внутрь иглы для инъекций.
Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
