Los microchips aerotransportados son las criaturas más pequeñas creadas por el hombre para realizar sus vuelos

Dispositivo de microincendios con antena helicoidal y sensores UV.

Dispositivo de microincendios con antena helicoidal y sensores UV.
fotografía: Northwestern University

Como las semillas de un helicóptero que caen lentamente hacia el suelo, estos ‘microfiltros’ recién creados recogen el viento para lograr un vuelo controlado sin motores.

nuevo Investigar In Nature confirma el viejo adagio de no perder el tiempo intentando reinventar la rueda. Ingenieros de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois Tomaron prestado mucho de la naturaleza para desarrollar microchips capaces de vuelo pasivo. Pequeños dispositivos llamados «microfiltros» viajan por el aire durante una caída Y aprovecha las fuerzas de rotación para caer de forma lenta y controlada.

Este proceso es similar a la semilla de un helicóptero que cae de un arce, y esto no es una coincidencia. El equipo dirigido por el ingeniero John Rogers ha estudiado diferentes plantas y árboles para comprender cómo la naturaleza, después de millones de años de evolución, ha encontrado algunas soluciones bastante excelentes para la distribución de semillas. Las semillas arrastradas por el viento tienden a utilizar una de cuatro estrategias diferentes: helicópteros, aleteo (o hilanderos), planeadores y paracaídas.

Microscopía de caída libre (derecha) en comparación con una semilla de triplete de caída libre (izquierda).
GIF: Universidad Northwestern / Gizmodo

«La evolución fue probablemente la fuerza impulsora de las complejas propiedades aerodinámicas demostradas por muchas clases de semillas», explicó Rogers en un comunicado de prensa. «Estas estructuras biológicas están diseñadas para caer de forma lenta y controlada, de modo que puedan interactuar con los patrones de viento durante el mayor período de tiempo posible. Esta característica maximiza la distribución lateral a través de mecanismos aerotransportados puramente pasivos».

El propósito del proyecto era encontrar formas efectivas de distribuir dispositivos electrónicos funcionales en miniatura. Y hazlo colectivamente. Lanzar miles de microfilms desde aviones o edificios altos podría permitir formas únicas de monitorear el medio ambiente, como la contaminación, los derrames tóxicos y la propagación de enfermedades. Los valores exactos modificados pueden formar poderosas redes interconectadas que constan de cientos o miles de nodos, o comunicarse de forma inalámbrica con dispositivos externos y actuar como sensores en el Internet de las cosas. Las aplicaciones potenciales son prácticamente ilimitadas.

Después de realizar las pruebas, los investigadores encontraron que las semillas de helicópteros y giratorios funcionaban mejor, especialmente las semillas de la planta de tristellateia. Las semillas aladas y afiladas de esta enredadera en flor montan el viento y descienden lentamente a medida que gira. El equipo construyó una serie de diferentes microfilamentos que se asemejan a tres células, incluida una con tres alas en lugar de las cinco habituales. Los microfiltros también variaron en tamaño, incluidas versiones tan pequeñas como guijarros e incluso granos individuales de arena (las versiones más pequeñas tienen 500 micrómetros de ancho)).

Microscopio junto a una hormiga para mostrar la escala.

Microscopio junto a una hormiga para mostrar la escala.
fotografía: Northwestern University

Las simulaciones por computadora han demostrado cómo el aire puede fluir alrededor de los diferentes dispositivos, Los túneles de viento mostraron la forma en que la aerodinámica se ve afectada por las modificaciones del diseño, como los cambios en el diámetro, la estructura y el tipo de ala. Las pruebas han demostrado que el movimiento de rotación es clave, ya que estabiliza y ralentiza el descenso del objeto, lo que permite que se propague.más lejos del sitio de descarga. El descenso lento también es útil porque permite que el dispositivo prolongue sus misiones de observación en vuelo. Impresionantemente, el equipo dice que ha creado diseños que compiten y tal vez mejorar Lo mejor que la naturaleza tiene para ofrecer.

«Creemos que ganamos a la naturaleza», dijo Rogers. «Al menos en el sentido estricto, hemos podido construir estructuras que caen con trayectorias más estables y con velocidades terminales más lentas que las semillas equivalentes que verías en plantas o árboles».

Tres tamaños diferentes de microfiltros se adjuntan al vidrio.
GIF: Northwestern University

Además, algunos de sus valores exactos eran mucho menores que los encontrados en la naturaleza.

«Esto es importante porque la miniaturización de dispositivos representa el camino dominante de desarrollo en la industria electrónica, donde los sensores, radios, baterías y otros componentes se pueden construir en dimensiones cada vez más pequeñas», agregó Rogers.

Otro ingrediente clave para una proporción controlada es un poco de peso. Sin algo de volumen, el volante se saldría de control y sin un centro de gravedad bajo, no podría girar. La buena noticia es que estos dispositivos tienen peso en forma de componentes integrados, como microchips, células solares (o baterías) y antenas. En conjunto, estos complementos proporcionarán al microfiltro inteligencia, energía y comunicaciones inalámbricas.

«Esta investigación proporciona una comprensión fundamental de estos sistemas diseñados y plantea algunas preguntas que deben abordarse en estudios futuros», escribió E. Farrell Helbling, ingeniero eléctrico e informático de la Universidad de Ithaca, que no participó en el estudio. en un artículo de noticias y opiniones adjuntos. Él dijo específicamente, El trabajo futuro debería mirar¿Cómo afecta el viento a la aerodinámica de los folletos? ”, Ya que los investigadores, mientras observan varios factores ambientales, aún necesitan investigar los vientos con más detalle. Además, «los hallazgos de los autores se centran en métodos de dispersión de estilo helicóptero y giro, que dejan el diseño de prismas de tipo paracaídas y planeadores para estudios futuros y plantean preguntas sobre posibles compensaciones entre el alcance espacial, la carga útil, etc. , Escribió Helbling.

En las pruebas, el equipo demostró microfibras de 2 pulgadas (5 cm) capaces de observar partículas en el aire a medida que descendían lentamente. El equipo prevé versiones futuras capaces de monitorear la calidad del agua usando sensores de pH y la exposición a la luz solar usando fotodetectores. Las aplicaciones prácticas incluyen el seguimiento de derrames de productos químicos o de petróleo, la contaminación del aire a distintas altitudes y, quizás lo más peligroso, los movimientos humanos.

De hecho, las ramificaciones éticas y legales de esta tecnología deberían ser largas.Para evitar posibles abusos, como el seguimiento oculto de personas. El equipo también es consciente del hecho de que los valores exactos pueden eventualmente convertirse en una forma de basura o contaminantes.El. Para ello, trabajan en versiones que se disuelven en agua o se degradan de forma natural con el tiempo. También están buscando hacer que los valores exactos sean capaces de vuelo activo, lo que sería considerablemente más difícil.

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