Microchip volador electrónico tridimensional

Los ingenieros han agregado una nueva capacidad a los microchips electrónicos:vuelo. Del tamaño de un grano de arena, el nuevo microchip volador (microflyer) no tiene motor ni motor. En cambio, toma vuelo en el viento, como la semilla de la hélice de un árbol de arce, y gira como un helicóptero por el aire hacia el suelo. Los microvoladores también se pueden empaquetar con tecnología ultraminiaturizada que incluye sensores, fuentes de energía, antenas para comunicación inalámbrica y memoria integrada para almacenar datos.

Mediante el estudio de los árboles de arce y otros tipos de semillas dispersadas por el viento, los ingenieros optimizaron la aerodinámica del microvolador para garantizar que, cuando se deja caer desde una gran altura, lo haga a una velocidad lenta y controlada. Este comportamiento estabiliza su vuelo, asegura la dispersión en un área amplia y aumenta la cantidad de tiempo que interactúa con el aire, lo que lo hace ideal para monitorear la contaminación del aire y las enfermedades transmitidas por el aire.

Para diseñar los microvoladores, el equipo estudió la aerodinámica de varias semillas de plantas, inspirándose más directamente en la planta tristellateia, una enredadera en flor con semillas en forma de estrella. Las semillas de Tristellateia tienen alas afiladas que atrapan el viento para caer con un giro lento y giratorio.

El equipo diseñó y construyó muchos tipos diferentes de microvoladores, incluido uno con tres alas, optimizado con formas y ángulos similares a los de las alas de una semilla de tristellateia. Para identificar la estructura más ideal, se realizó un modelo computacional a gran escala de cómo el aire fluye alrededor del dispositivo para imitar la rotación lenta y controlada de la semilla de tristellateia.

Basándose en este modelo, el equipo construyó y probó estructuras en el laboratorio, utilizando métodos avanzados para obtener imágenes y cuantificar patrones de flujo. Las estructuras resultantes se pueden formar en una amplia variedad de tamaños y formas.

Para fabricar los dispositivos, el equipo se inspiró en otra novedad familiar:un libro emergente para niños. El equipo primero fabricó precursores de estructuras voladoras en geometrías planas y planas. Luego, unieron estos precursores sobre un sustrato de caucho ligeramente estirado. Cuando el sustrato estirado se relaja, se produce un proceso de pandeo controlado que hace que las alas "emerjan" en formas tridimensionales definidas con precisión.

Los microvoladores constan de dos partes:componentes electrónicos funcionales de tamaño milimétrico y sus alas. A medida que el microvolador cae por el aire, sus alas interactúan con el aire para crear un movimiento de rotación lento y estable. El peso de la electrónica se distribuye bajo en el centro del microvolador para evitar que pierda el control y caiga caóticamente al suelo.

En ejemplos demostrados, el equipo incluyó sensores, una fuente de energía que puede recolectar energía ambiental, almacenamiento de memoria y una antena que puede transferir datos de forma inalámbrica a un teléfono inteligente, tableta o computadora. El equipo equipó un dispositivo con todos estos elementos para detectar partículas en el aire. En otro ejemplo, incorporaron sensores de pH que podrían usarse para monitorear la calidad del agua y fotodetectores para medir la exposición al sol en diferentes longitudes de onda.

Una gran cantidad de dispositivos podrían arrojarse desde un avión o edificio y dispersarse ampliamente para monitorear los esfuerzos de remediación ambiental después de un derrame químico o para rastrear los niveles de contaminación del aire en varias altitudes.

Los sistemas electrónicos transitorios físicos utilizan polímeros degradables, conductores compostables y chips de circuitos integrados solubles que se desvanecen naturalmente en productos finales ambientalmente benignos cuando se exponen al agua.