Microchip Terbang Elektronik Tiga Dimensi

Insinyur telah menambahkan kemampuan baru untuk microchip elektronik:penerbangan. Tentang ukuran sebutir pasir, microchip terbang baru (microflier) tidak memiliki motor atau mesin. Sebaliknya, ia terbang di atas angin — seperti benih baling-baling pohon maple — dan berputar seperti helikopter di udara menuju tanah. Microfliers juga dapat dikemas dengan teknologi ultra-miniatur termasuk sensor, sumber daya, antena untuk komunikasi nirkabel, dan memori tertanam untuk menyimpan data.

Dengan mempelajari pohon maple dan jenis benih lain yang disebarkan angin, para insinyur mengoptimalkan aerodinamika mikroflier untuk memastikan bahwa ketika dijatuhkan di ketinggian tinggi, ia jatuh dengan kecepatan lambat dengan cara yang terkendali. Perilaku ini menstabilkan penerbangannya, memastikan penyebarannya ke area yang luas, dan meningkatkan jumlah waktu interaksinya dengan udara, sehingga ideal untuk memantau polusi udara dan penyakit yang ditularkan melalui udara.

Untuk merancang mikroflier, tim mempelajari aerodinamika sejumlah benih tanaman, mengambil inspirasi paling langsung dari tanaman tristellateia, tanaman merambat berbunga dengan biji berbentuk bintang. Biji Tristellateia memiliki sayap berbilah yang menangkap angin untuk jatuh dengan putaran yang lambat dan berputar.

Tim merancang dan membangun berbagai jenis mikroflier, termasuk satu dengan tiga sayap, dioptimalkan untuk bentuk dan sudut yang sama seperti sayap pada benih tristellateia. Untuk menentukan struktur yang paling ideal, pemodelan komputasi skala penuh dilakukan tentang bagaimana udara mengalir di sekitar perangkat untuk meniru rotasi benih tristellateia yang lambat dan terkendali.

Berdasarkan pemodelan ini, tim kemudian membangun dan menguji struktur di lab, menggunakan metode canggih untuk pencitraan dan kuantifikasi pola aliran. Struktur yang dihasilkan dapat dibentuk dalam berbagai ukuran dan bentuk.

Untuk membuat perangkat, tim mendapat inspirasi dari hal baru lainnya yang sudah dikenal:buku pop-up anak-anak. Tim pertama kali membuat prekursor untuk struktur terbang dalam geometri datar dan planar. Kemudian, mereka mengikat prekursor ini ke substrat karet yang sedikit meregang. Saat substrat yang diregangkan direnggangkan, proses tekuk terkontrol terjadi yang menyebabkan sayap “muncul” ke dalam bentuk tiga dimensi yang ditentukan dengan tepat.

Microfliers terdiri dari dua bagian:komponen fungsional elektronik berukuran milimeter dan sayapnya. Saat microflier jatuh di udara, sayapnya berinteraksi dengan udara untuk menciptakan gerakan rotasi yang lambat dan stabil. Berat elektronik didistribusikan rendah di tengah microflier untuk mencegahnya kehilangan kendali dan jatuh ke tanah dengan kacau.

Dalam contoh yang didemonstrasikan, tim menyertakan sensor, sumber daya yang dapat memanen energi sekitar, penyimpanan memori, dan antena yang dapat mentransfer data secara nirkabel ke smartphone, tablet, atau komputer. Tim melengkapi satu perangkat dengan semua elemen ini untuk mendeteksi partikulat di udara. Dalam contoh lain, mereka menggabungkan sensor pH yang dapat digunakan untuk memantau kualitas air dan fotodetektor untuk mengukur paparan sinar matahari pada panjang gelombang yang berbeda.

Sejumlah besar perangkat dapat dijatuhkan dari pesawat atau gedung dan tersebar luas untuk memantau upaya perbaikan lingkungan setelah tumpahan bahan kimia atau untuk melacak tingkat polusi udara di berbagai ketinggian.

Sistem elektronik transien fisik menggunakan polimer yang dapat terurai, konduktor yang dapat dikomposkan, dan chip sirkuit terpadu yang dapat larut yang secara alami menghilang menjadi produk akhir yang ramah lingkungan saat terkena air.