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在一些枫树繁茂的树林中,季节变化预示着成群的萨马拉斯的到来。但这些不是虫子。这些种子有时被称为枫树的钥匙、旋风或旋风,它们像精致的直升机叶片,借助复杂的空气动力学原理旋转,让它们随风飘向四面八方。

现在把这些迷人的传单,做得更小一些,用微芯片代替实际的种子。你所拥有的是一群微小的机载电子设备,每一个都可能比一粒沙子还小。

这与西北大学的工程师们所创造的很接近。他们声称他们的小带翼芯片——他们称之为“微型飞行器”——是有史以来最小的人造飞行物体。很快,它们就会成为监测环境的最新、最微小的方式。

把皮肤传感器变成飞行芯片

西北大学的研究人员长期以来一直致力于将生物技术传感器植入人体。这些设备已经相当小,但功能强大,携带的电子设备可以安装在类似的地方肠道皮肤然后与外界沟通。当他们完成了他们的工作,他们中的一些人自然可以溶解进入你身体的生物物质。

“我们一直很感激,许多同样的基础技术也可以用于监测环境,”他说约翰·罗杰斯他是美国西北大学(Northwestern University)的生物医学工程师,也是这个最新项目的主要研究人员之一。

在执行这项任务的过程中,第一项重大任务是找到一种方法,将它们释放并分散到一个大农场大小的大范围内。起初,研究人员考虑尝试制造一种可以像电子蝙蝠一样通过拍打微小翅膀飞行的装置。

罗杰斯说:“这是一个相当艰巨的工程挑战,所以我们转向了受控飞行中的生物灵感的另一个领域。”

那个地区是植物世界:特别是种子,它们长着翅膀,帮助它们随风飘动。通过模拟来微调结构,研究人员发现正是枫树的种子给了他们最终的设计。

不过,与枫树翅果不同的是,它们的微芯片是三翼的。它还配备了微型电源、收集数据的传感器、存储数据的存储器和向电脑或手机广播发现的天线。但是,即使翅膀连接在微芯片上,它们实际上根本不是电子的。

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在实验室里飞行芯片

制造这种设备是另一个挑战。微芯片通常是在平面上设计、制造和封装的,相当于一个2D空间。但要实现任何有用的飞行,该设备的翅膀需要扩展成3D。研究人员通过在可拉伸的橡胶基础上建造芯片来解决这个问题。让橡胶以一种精心设计的方式弹回来,机翼就会弹出,进入完全功能状态。

一只黑蚂蚁站在一个有三个翅膀的微小飞行碎片旁边。
在普通蚂蚁旁边的微型飞行器显示出这些东西有多小。西北大学

“这是关于这类概念的第一份报告,”罗杰斯说。“无论如何,我们还没有准备好打开生产线的开关。”

但研究人员认为,这种设计有可能很容易扩大到大规模生产。微影可以像其他普通微芯片一样在相同的装置中制作,这是一个巨大的好处。

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为了开发能够监测环境的设备,研究人员已经将他们的微影应用于多种应用中:记录水的pH值、检测空气中的微粒以及测量阳光水平。他们发表了他们的工作自然星期四。

罗杰斯和他的同事们设想,在未来,成群的微型飞行器会从飞机或高楼上坠落。在城市上空释放,它们可以测量不同海拔的空气污染水平。一旦发生环境灾难,比如化学物质泄漏,它们就能监控人类不能去的地方。

微影还可以观察天空中携带疾病的空气颗粒,就像过去一年半世界上一直使用口罩和玻璃屏障来抵御的那些。

清理之后

现在他们已经完成了设计,罗杰斯和他的同事们希望继续建造。他们把这种微型飞行器想象成更多类型的设备的开端:像蒲公英种子一样降落伞或滑翔的微型飞行器像种子爪哇黄瓜。

但是,用不利于环境的设备监控环境是没有好处的。“如果你打算在一个环境中分发数千甚至数万台微型设备……你实际上是在分发电子垃圾吗?”罗杰斯问道。

这就是他们建造能在人体中溶解的设备的经验:他们用于微型飞行的材料可以在地下水中自然降解(你可以在这里看到它的视频).

罗杰斯说,如果没有可溶解性的知识,“我们可能一开始就不会走上这条研究之路。”

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