科学家造出世界上最小的飞行器 比一粒沙子还小
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科学家造出世界上最小的飞行器 比一粒沙子还小

2021年09月28日 21:23:37
来源:爱范儿

散播种子是树木维持生存的方式,常常由鸟类和风力辅助。鸟类吃掉种子并运输和排泄它们,新的树木在随机的落脚处生长起来;风力则使种子们齐齐掉落,它们最终在彼此的附近继续生命历程。

而枫树种子与众不同。它们像螺旋桨一样旋转,比不旋转的种子产生更多的升力,从而减缓下降速度、延长飞行时间,能在更广阔的土地和更远的距离繁殖物种。

枫树种子. 图片来自:ask nature

枫树种子. 图片来自:ask nature

还有许多植物种子拥有这样的空气动力学。

受此启发,美国西北大学的一个工程师团队制造出了带有三个翅膀的微型飞行器,它由两部分组成——电子功能部件及其机翼,没有马达或引擎,只能顺风飞行。

当微型飞行器在空中落下时,它的机翼与空气相互作用,产生缓慢且稳定的旋转运动。微型飞行器整体只有一粒沙子那么大,所以被称为「有史以来最小的人造飞行结构」。

微型飞行器在普通蚂蚁旁. 图片来自:Northwestern University

微型飞行器在普通蚂蚁旁. 图片来自:Northwestern University

这些微小飞行器的出现,意味着小型电子系统实现了有翼飞行。飞行器将从飞机或高层建筑被弹出,从而进行污染监测、人口监测或疾病跟踪。它们在尽可能长的时间内与风相互作用,在下降过程中收集到更多环境数据。

而对于弹射过程,西北大学团队受到了立体书的启发。立体书被称为 Pop-Up Book,pop-up 是弹出式的意思,它跳出了平面书的限制范围,创造了三维立体的空间。

《爱丽丝梦游仙境》立体书. 图片来自:有调

《爱丽丝梦游仙境》立体书. 图片来自:有调

现有的半导体器件都是在平面布局中构建的,所以西北大学团队制作类似芯片的设计,然后按照立体书的原理,在飞行器弹出时将它们转换为 3D 飞行形状。

当飞行器们在空气中散落成群,就可以形成一个庞大的无线网络,而不像笨重的监测设备只能「偏居一隅」。西北大学团队设想,它们可以跟踪不同高度的空气污染水平。

配备天线和传感器的微型飞行器(特写). 图片来自:Northwestern University

配备天线和传感器的微型飞行器(特写). 图片来自:Northwestern University

尽管飞行器的尺寸很小,工程师们设法将传感器、电源、天线以及数据存储器都嵌入其中,数据可以无线传输到智能手机和计算机。在一次测试中,西北大学团队还使用了监测水质的 pH 传感器和测量不同波长的光电探测器。

但回收大量微型飞行器是很困难的。为避免这个问题,西北大学团队正在研究「生物可吸收」(bioresorbable)的飞行器,使其可以自然无害地溶于水中。

该研究发表在 9 月 23 日的 Nature 杂志封面上,西北大学团队负责人在官方声明中说道:

“在数十亿年的过程中,大自然设计了具有复杂空气动力学特性的种子,我们借用了这些设计理念,对其进行了改编。但我们所建造的结构,有比植物种子更稳定的轨迹和更慢的终端速度,尺寸也比自然界小得多。这很重要,因为设备小型化代表了电子行业的主要发展轨迹。”