Microchip voador eletrônico tridimensional

Os engenheiros adicionaram uma nova capacidade aos microchips eletrônicos:o voo. Do tamanho de um grão de areia, o novo microchip voador (microflier) não tem motor ou motor. Em vez disso, ele voa com o vento – muito parecido com a semente da hélice de uma árvore de bordo – e gira como um helicóptero pelo ar em direção ao solo. Os microfliers também podem ser embalados com tecnologia ultra-miniaturizada, incluindo sensores, fontes de alimentação, antenas para comunicação sem fio e memória incorporada para armazenar dados.

Ao estudar árvores de bordo e outros tipos de sementes dispersas pelo vento, os engenheiros otimizaram a aerodinâmica do microflier para garantir que, quando lançado em uma altitude elevada, ele caia em velocidade lenta de maneira controlada. Esse comportamento estabiliza seu voo, garante a dispersão em uma ampla área e aumenta o tempo de interação com o ar, tornando-o ideal para monitorar a poluição do ar e doenças transmitidas pelo ar.

Para projetar os microfliers, a equipe estudou a aerodinâmica de várias sementes de plantas, inspirando-se mais diretamente na planta tristellateia, uma trepadeira florida com sementes em forma de estrela. As sementes de Tristellateia têm asas laminadas que pegam o vento para cair com um giro lento e rotativo.

A equipe projetou e construiu muitos tipos diferentes de microfliers, incluindo um com três asas, otimizado para formas e ângulos semelhantes às asas de uma semente de tristellateia. Para identificar a estrutura mais ideal, foi feita uma modelagem computacional em escala real de como o ar flui ao redor do dispositivo para imitar a rotação lenta e controlada da semente de tristellateia.

Com base nessa modelagem, a equipe construiu e testou estruturas em laboratório, usando métodos avançados de geração de imagens e quantificação de padrões de fluxo. As estruturas resultantes podem ser formadas em uma ampla variedade de tamanhos e formas.

Para fabricar os dispositivos, a equipe se inspirou em outra novidade familiar:um livro pop-up infantil. A equipe primeiro fabricou precursores para estruturas voadoras em geometrias planas e planas. Em seguida, eles ligaram esses precursores em um substrato de borracha levemente esticado. Quando o substrato esticado é relaxado, ocorre um processo de flambagem controlado que faz com que as asas “surjam” em formas tridimensionais precisamente definidas.

Os microfliers são compostos de duas partes:componentes funcionais eletrônicos de tamanho milimétrico e suas asas. À medida que o microflier cai no ar, suas asas interagem com o ar para criar um movimento rotacional lento e estável. O peso da eletrônica é distribuído baixo no centro do microflier para evitar que ele perca o controle e caia caoticamente no chão.

Em exemplos demonstrados, a equipe incluiu sensores, uma fonte de energia que pode coletar energia ambiente, armazenamento de memória e uma antena que pode transferir dados sem fio para um smartphone, tablet ou computador. A equipe equipou um dispositivo com todos esses elementos para detectar partículas no ar. Em outro exemplo, eles incorporaram sensores de pH que podem ser usados ​​para monitorar a qualidade da água e fotodetectores para medir a exposição ao sol em diferentes comprimentos de onda.

Um grande número de dispositivos pode ser lançado de um avião ou prédio e amplamente disperso para monitorar os esforços de remediação ambiental após um derramamento químico ou para rastrear os níveis de poluição do ar em várias altitudes.

Os sistemas eletrônicos fisicamente transitórios usam polímeros degradáveis, condutores compostáveis ​​e chips de circuito integrado dissolvíveis que naturalmente desaparecem em produtos finais ambientalmente benignos quando expostos à água.