三次元電子フライングマイクロチップ

エンジニアは、電子マイクロチップに新しい機能を追加しました。それは飛行です。砂粒ほどの大きさの新しいフライングマイクロチップ（マイクロフライヤー）には、モーターやエンジンがありません。代わりに、カエデの木のプロペラの種のように風に乗って飛行し、ヘリコプターのように空中を地面に向かって回転します。マイクロフライヤーには、センサー、電源、無線通信用のアンテナ、データを保存するための組み込みメモリなど、超小型化されたテクノロジーを搭載することもできます。

エンジニアは、カエデの木やその他の種類の風に分散した種子を研究することで、マイクロフライヤーの空気力学を最適化し、高地に落下したときに制御された方法で低速で落下するようにしました。この動作により、飛行が安定し、広範囲に分散し、空気との相互作用時間が長くなるため、大気汚染や空気感染症の監視に最適です。

マイクロフライヤーを設計するために、チームは多くの植物の種子の空気力学を研究し、星型の種子を持つ顕花つる植物であるトリステラティア植物から最も直接的なインスピレーションを得ました。 Tristellateiaの種子には、ゆっくりと回転するスピンで風が落ちるのを捕らえるブレードの翼があります。

チームは、3つの翼を持つものを含め、さまざまな種類のマイクロフライヤーを設計および製造し、三星の種の翼と同様の形状と角度に最適化しました。最も理想的な構造を特定するために、デバイスの周囲を空気がどのように流れるかを実物大の計算モデリングで行い、三星の種のゆっくりとした制御された回転を模倣しました。

次に、このモデリングに基づいて、チームは、流れのパターンを画像化および定量化するための高度な方法を使用して、ラボで構造を構築およびテストしました。結果として得られる構造は、さまざまなサイズと形状にわたって形成できます。

デバイスを製造するために、チームは別のよく知られた目新しさからインスピレーションを得ました。それは子供のポップアップ本です。チームは最初に、平らな平面形状の飛行構造の前駆体を製造しました。次に、これらの前駆体をわずかに伸ばされたゴム基板に接着しました。引き伸ばされた基板が弛緩すると、制御された座屈プロセスが発生し、翼が正確に定義された3次元形状に「ポップアップ」します。

マイクロフライヤーは、ミリメートルサイズの電子機能コンポーネントとその翼の2つの部分で構成されています。マイクロフライヤーが空中を落下すると、その翼が空気と相互作用して、ゆっくりと安定した回転運動を生み出します。電子機器の重量はマイクロフライヤーの中央に低く分散されており、制御を失って無秩序に地面に転がるのを防ぎます。

実証された例では、チームには、センサー、周囲エネルギーを収集できる電源、メモリストレージ、およびスマートフォン、タブレット、またはコンピューターにデータをワイヤレスで転送できるアンテナが含まれていました。チームは、空気中の粒子を検出するために、これらすべての要素を備えた1つのデバイスを装備しました。別の例では、水質を監視するために使用できるpHセンサーと、さまざまな波長での太陽への露出を測定するための光検出器を組み込んでいます。

化学物質の流出後の環境修復の取り組みを監視したり、さまざまな高度での大気汚染のレベルを追跡したりするために、飛行機や建物から多数のデバイスを落とし、広く分散させることができます。

物理的に過渡的な電子システムは、分解性ポリマー、堆肥化可能な導体、および溶解可能な集積回路チップを使用しており、水にさらされると自然に環境に優しい最終製品になります。