Ученые придумали самого маленького летающего робота

Инженеры Северо-Западного университета в США разработали самого маленького летающего робота. Новый летающий микрочип, или, как называют его разработчики, "микрофлайер" — microflier, микролетун, — имеет размеры песчинки. При этом у него нет двигателя: как и семя кленового "вертолетика", чип несет ветер. Исследование попало на обложку журнала Nature, передает Eurekalert. 

Изучая кленовые и другие семена, инженеры оптимизировали аэродинамику микрофлайера: теперь при падении с большой высоты он летит медленно и контролируемо. Такое поведение стабилизирует его полет, обеспечивает рассредоточение по обширной территории и увеличивает время взаимодействия с воздухом. Ученые считают, что подобные роботы идеальны для мониторинга загрязнения воздуха и заболеваний, которые передаются по воздуху.

Так, в частности, на микрофлайер можно поставить датчики, источники питания, антенны беспроводной связи и встроенную память для хранения данных.

"Наша цель состояла в том, чтобы объединить полет и малые электронные системы. Идея в том, что эти возможности позволят нам распространить высокофункциональные миниатюрные электронные устройства для измерения окружающей среды: для мониторинга загрязнения, наблюдения за населением или отслеживания заболеваний, — сказал руководитель разработчиков Джон А. Роджерс из Северо-Западного университета. — В течение миллиардов лет природа создавала семена с очень сложной аэродинамикой. Мы позаимствовали эти концепции дизайна, адаптировали их и применили к платформам электронных схем".

Роджерс и его команда спроектировали и построили множество различных типов микрофлайеров, в том числе микрофлайер с тремя крыльями. Чтобы определить наиболее идеальную структуру, ученые провели полномасштабное компьютерное моделирование того, как воздух обтекает устройство, чтобы имитировать медленное контролируемое вращение.

Получающиеся в результате структуры могут иметь самые разные размеры и формы, некоторые из которых обладают свойствами, которые даже лучше природных. "Мы смогли построить структуры, которые падают по более стабильным траекториям и с более медленными конечными скоростями, чем аналогичные семена, которые можно увидеть на растениях. Мы также смогли построить эти летающие конструкции гораздо меньших размеров, чем те, что встречаются в природе".

Микрофлайеры состоят из двух частей: миллиметровые электронные функциональные компоненты и их крылья. Команда Роджерса показала, что опытные образцы могут собирать данные и передавать по беспроводной сети даже на обычный смартфон. Для примера одно из устройств оснастили датчиками для обнаружения в воздухе твердых частиц. На втором включили датчики pH, которые могут контролировать качество воды, и фотодетекторы для измерения солнечного света. 

Роджерс объясняет: можно сбросить с самолета или здания большое количество подобных устройств, они широко рассредоточатся и будут передавать нужные данные. К примеру, контролировать состояние окружающей среды после разлива химикатов или отслеживать загрязнение воздуха на разных высотах. "Большинство технологий мониторинга включают в себя массовые инструменты, которые предназначены для локального сбора данных в небольшом количестве точек, — говорит Роджерс. — Мы предлагаем большое количество миниатюрных датчиков, которые могут быть распределены с высокой пространственной плотностью на больших площадях, чтобы сформировать беспроводную сеть".

При этом исследователи озаботились и вопросом утилизации "микрофлайеров". Лаборатория Роджерса разрабатывает электронику, которая может безвредно растворяться в воде. Такая уже существует и применяется, к примеру, при создании кардиостимуляторов. "Мы используем физически переходные электронные системы, используя разлагаемые полимеры, компостирующиеся проводники и растворимые интегральные микросхемы, которые естественным образом превращаются в экологически безопасные продукты при контакте с водой", — говорит Роджерс. 

Напомним, ранее в журнале Nature было опубликовано исследование, которое гласит, что человечество прошло точку невозврата по выбросам СО2 и теперь изменения климата носят необратимый характер.