3차원 전자 비행 마이크로칩

엔지니어들은 전자 마이크로칩에 비행이라는 새로운 기능을 추가했습니다. 모래알만한 크기의 새로운 비행 마이크로칩(마이크로플라이어)은 모터나 엔진이 없습니다. 대신, 단풍나무의 프로펠러 씨앗처럼 바람을 타고 날아다니며 헬리콥터처럼 공중에서 지상을 향해 회전합니다. 마이크로플라이어는 또한 센서, 전원, 무선 통신용 안테나, 데이터를 저장하기 위한 임베디드 메모리를 포함한 초소형 기술로 포장될 수 있습니다.

단풍나무와 다른 유형의 바람에 흩날리는 씨앗을 연구함으로써 엔지니어들은 초소형 플라이어의 공기역학을 최적화하여 높은 고도에서 떨어뜨렸을 때 통제된 방식으로 느린 속도로 떨어지도록 했습니다. 이러한 행동은 비행을 안정화하고 넓은 지역에 분산되도록 하며 공기와 상호작용하는 시간을 증가시켜 대기 오염 및 공기 중 질병을 모니터링하는 데 이상적입니다.

마이크로 플라이어를 디자인하기 위해 팀은 별 모양의 씨앗이 있는 꽃이 만발한 덩굴인 tristellateia 식물에서 가장 직접적인 영감을 얻어 여러 식물 씨앗의 공기 역학을 연구했습니다. Tristellateia 씨앗은 바람을 잡아 천천히 회전하면서 떨어지는 날개를 가지고 있습니다.

팀은 세 개의 날개가 있는 것을 포함하여 많은 다른 유형의 마이크로플라이어를 설계하고 제작했으며, 트리스텔라테이아 종자의 날개와 유사한 모양과 각도에 최적화되었습니다. 가장 이상적인 구조를 찾아내기 위해 장치 주변의 공기 흐름에 대한 본격적인 계산 모델링이 수행되어 tristellateia 종자의 느리고 제어된 회전을 모방했습니다.

이 모델링을 기반으로 팀은 흐름 패턴을 이미징하고 정량화하는 고급 방법을 사용하여 실험실에서 구조를 구축하고 테스트했습니다. 결과 구조는 다양한 크기와 모양으로 형성될 수 있습니다.

장치를 제조하기 위해 팀은 또 다른 친숙한 참신함인 아동용 팝업북에서 영감을 얻었습니다. 팀은 처음으로 평평한 평면 형상으로 비행 구조물의 전구체를 제작했습니다. 그런 다음, 그들은 이 전구체를 약간 늘어난 고무 기판에 결합했습니다. 늘어진 기판이 이완되면 날개가 정확하게 정의된 3차원 형태로 "팝업"되도록 제어된 버클링 프로세스가 발생합니다.

마이크로플라이어는 밀리미터 크기의 전자 기능 부품과 날개의 두 부분으로 구성됩니다. 초소형 플라이어가 공기를 통해 떨어질 때 날개는 공기와 상호 작용하여 느리고 안정적인 회전 동작을 만듭니다. 전자 장치의 무게는 마이크로플라이어의 중앙에 낮게 분산되어 제어력을 잃고 혼란스럽게 땅에 떨어지는 것을 방지합니다.

시연된 예에서 팀은 센서, 주변 에너지를 수집할 수 있는 전원, 메모리 스토리지, 데이터를 스마트폰, 태블릿 또는 컴퓨터로 무선으로 전송할 수 있는 안테나를 포함했습니다. 팀은 공기 중 미립자를 감지하기 위해 이러한 모든 요소를 ​​하나의 장치에 장착했습니다. 또 다른 예에서는 수질을 모니터링하는 데 사용할 수 있는 pH 센서와 다양한 파장에서 태양 노출을 측정하는 광검출기를 통합했습니다.

많은 수의 장치를 비행기나 건물에서 떨어뜨리고 광범위하게 분산하여 화학 물질 유출 후 환경 개선 노력을 모니터링하거나 다양한 고도에서 대기 오염 수준을 추적할 수 있습니다.

물리적으로 일시적인 전자 시스템은 분해 가능한 폴리머, 퇴비화 가능한 전도체 및 물에 노출되면 환경적으로 무해한 최종 제품으로 자연스럽게 사라지는 용해 가능한 집적 회로 칩을 사용합니다.