octobre 25, 2021

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La puce ailée est la plus petite structure volante artificielle au monde

22 septembre (UPI) – Les ingénieurs de l’Université Northwestern ont réduit une minuscule puce à environ la taille d’un grain de sable et lui ont donné le pouvoir de voler.

Le nouveau “microflier” – détaillé mercredi dans le magazine nature C’est la plus petite cellule au monde.

Les efforts antérieurs pour réduire la taille des robots à cette taille, tels que L’un des chercheurs de l’Université Purdue Pour créer des robots de la taille d’un grain de sable, il fallait des “champs de force” ou d’autres moyens de contrôler leur vol, mais des chercheurs de la Northwestern University ont littéralement jeté ces idées au vent.

Sans moteur, les puces électroniques volantes dépendent du vent pour rester dans l’air. Lors de la conception des ailes de la microvillosité, les ingénieurs se sont inspirés des graines propulsives de l’érable et de nombreuses graines d’autres plantes dispersées par le vent.

Comme une graine d’érable, la microflore tourne lorsqu’elle est lâchée d’une hauteur élevée. Le mouvement de rotation ralentit la descente de la plaquette, lui permettant de flotter doucement dans l’air, interagissant avec les courants d’air locaux.

Les chercheurs ont conçu les micropuces volantes pour être déployées par dizaines, les libérant et leur permettant de se disperser plus haut dans les airs. Les microfiltres peuvent être équipés de capteurs et d’antennes pour collecter des mesures et stocker des données.

Dans un futur proche, des flottes de microfiltres pourraient être déployées pour surveiller la pollution de l’air et les maladies aéroportées.

“Notre objectif était d’ajouter le vol ailé aux systèmes électroniques à petite échelle, avec l’idée que ces capacités nous permettraient de distribuer des dispositifs électroniques miniatures haute performance de détection de l’environnement pour la surveillance de la pollution, la surveillance de la population ou le suivi des maladies”, a déclaré l’auteur de l’interview, John A. . Rogers dans un communiqué de presse.

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“Nous avons pu le faire en utilisant des idées inspirées du monde biologique”, a déclaré Rogers, professeur de science des matériaux à Northwestern.

Allemand Chercheurs pré-créés Les petits drones ailés fonctionnent et ressemblent à des papillons, bien que l’électronique embarquée – et donc leurs capacités – aient été limitées. Cependant, l’équipe de Rogers a choisi de ne pas imiter des créatures telles que des insectes ou d’autres animaux.

Les graines de l’érable ont évolué pour tomber lentement au sol. Une descente prolongée des graines augmente les chances d’être emporté par le vent et de créer de nouveaux peuplements d’arbres.

Bien que les graines d’érable aient fourni l’inspiration la plus célèbre, les ingénieurs ont finalement modelé leurs minuscules tranches en forme d’étoile à partir de la plante Tristellatia. Les vignes sont dotées d’ailes en forme de pales qui effectuent une rotation lente et contrôlée lors de l’atterrissage.

Après avoir examiné une variété de structures ailées similaires aux graines de la plante tristellateia, les chercheurs ont utilisé des modèles pour comprendre comment chaque structure 3D interagit avec l’air lors de l’atterrissage.

« Sur des milliards d’années, la nature a conçu des graines avec une aérodynamique hautement sophistiquée », a déclaré Rogers. « Nous avons emprunté, adapté et appliqué ces concepts de conception aux plates-formes de circuits électroniques. »

Rogers et ses collègues ont affiné les formes des ailes des microvillosités pour créer une rotation lente et contrôlée.

Pour fabriquer les ailes de la micropuce, les chercheurs ont utilisé les principes d’un livre pop-up pour enfants pour transformer les composants précurseurs bidimensionnels en une structure tridimensionnelle. Lorsqu’il est étiré, le substrat en caoutchouc plat reste plat, mais lorsqu’on le laisse se détendre, il se tord pour former la structure ailée tridimensionnelle.

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Lors de tests en laboratoire, les scientifiques ont équipé avec succès les valeurs exactes de toutes sortes d’accessoires : stockage de données, capteurs capables de détecter les particules, photodétecteurs capables de mesurer l’exposition au soleil et antennes capables d’envoyer des données à un ordinateur ou une tablette à proximité. Les chercheurs ont même donné à leurs haut-parleurs la possibilité de capter l’énergie ambiante.

La recherche suggère que les microvillosités peuvent être équipées de dispositifs accessoires pour effectuer toutes sortes de tâches de surveillance.

Cela peut inclure une chute d’un avion ou du sommet d’un bâtiment pour mesurer les conditions météorologiques locales ou pour mesurer la pollution de l’air à la suite d’un déversement de produits chimiques.

“La plupart des technologies de surveillance impliquent des appareils agrégés conçus pour collecter des données localement à un petit nombre d’emplacements dans une zone d’intérêt spatiale”, a déclaré Rogers.

“Nous envisageons un grand nombre de capteurs miniatures qui peuvent être distribués à une densité spatiale élevée sur de vastes zones, pour former un réseau sans fil”, a déclaré Rogers.

Pour éviter d’aggraver le problème de pollution sur la planète, Rogers et ses partenaires de recherche expérimentent actuellement la construction de microfilms utilisant des matériaux qui se décomposent dans l’eau peu de temps après la fin de leur mission.

Les chercheurs ont déjà utilisé de tels matériaux pour construire ce qu’on appelle “l’électronique transitoire”.

“Nous fabriquons physiquement de tels systèmes électroniques transitoires en utilisant des polymères biodégradables, des conducteurs biodégradables et des puces de circuits intégrés solubles qui se transforment naturellement en produits finaux inoffensifs pour l’environnement lorsqu’ils sont exposés à l’eau”, a déclaré Rogers.

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“Nous nous rendons compte que la récupération de grandes populations de microfibrilles peut être difficile”, a déclaré Rogers. “Pour répondre à cette préoccupation, ces transcrits écologiquement absorbables se dissolvent naturellement et sont inoffensifs.”