Gli ingegneri della Northwestern University hanno aggiunto una nuova capacità ai microchip elettronici: il volo. Delle dimensioni di un granello di sabbia, il nuovo microchip volante (o “microflier”) non ha un motore. Invece, prende il volo nel vento – proprio come il seme dell’elica di un acero – e gira come un elicottero attraverso l’aria verso il suolo.
Studiando gli aceri e altri tipi di semi dispersi dal vento, gli ingegneri hanno ottimizzato l’aerodinamica del microvolante per garantire che, quando viene lasciato cadere ad alta quota, cada a bassa velocità in modo controllato. Questo comportamento stabilizza il suo volo, garantisce la dispersione su un’ampia area e aumenta la quantità di tempo in cui interagisce con l’aria, rendendolo ideale per il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico e delle malattie trasmesse dall’aria.
Essendo le più piccole strutture volanti mai realizzate dall’uomo, questi microvolanti possono anche essere dotati di tecnologia ultra miniaturizzata, inclusi sensori, fonti di alimentazione, antenne per la comunicazione wireless e memoria incorporata per archiviare i dati.
“Il nostro obiettivo era aggiungere il volo alato ai sistemi elettronici su piccola scala, con l’idea che queste capacità ci avrebbero permesso di distribuire dispositivi elettronici miniaturizzati altamente funzionali per rilevare l’ambiente per il monitoraggio della contaminazione, la sorveglianza della popolazione o il monitoraggio delle malattie“, ha affermato John di Northwestern. A. Rogers, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “Siamo stati in grado di farlo utilizzando idee ispirate al mondo biologico. Nel corso di miliardi di anni, la natura ha progettato semi con un’aerodinamica molto sofisticata. Abbiamo preso in prestito quei concetti di design, li abbiamo adattati e applicati alle piattaforme dei circuiti elettronici”.
“Pensiamo di battere la natura”
La maggior parte delle persone ha visto sicuramente almeno una volta il vorticoso seme dell’elica di una foglia d’acero girare nell’aria e atterrare dolcemente sul marciapiede. Questo è solo un esempio di come la natura ha evoluto metodi intelligenti e sofisticati per aumentare la sopravvivenza di varie piante. Assicurando che i semi siano ampiamente dispersi, piante e alberi altrimenti sedentari possono propagare le loro specie su vaste distanze per popolare vaste aree.
“L’evoluzione è stata probabilmente la forza trainante per le sofisticate proprietà aerodinamiche esibite da molte classi di semi“, ha affermato Rogers. “Queste strutture biologiche sono progettate per cadere lentamente e in modo controllato, in modo che possano interagire con i modelli del vento per il periodo di tempo più lungo possibile. Questa caratteristica massimizza la distribuzione laterale tramite meccanismi puramente passivi e aerei”.
Per progettare i microvolanti, il team della Northwestern ha studiato l’aerodinamica di alcuni semi di piante, traendo la sua ispirazione più diretta dalla tristellateia, una liana fiorita con semi a forma di stella. I semi di Tristellateia hanno ali a lama che catturano il vento per cadere con una rotazione lenta.
Rogers e il suo team hanno progettato e costruito molti diversi tipi di microvolanti, incluso uno con tre ali, ottimizzato per forme e angoli simili alle ali di un seme tristellateia. Per individuare la struttura più ideale, Huang ha condotto una modellazione computazionale su vasta scala di come l’aria scorre intorno al dispositivo per imitare la rotazione lenta e controllata del seme di tristellateia.
Sulla base di questa modellazione, il gruppo di Rogers ha quindi costruito e testato strutture in laboratorio, utilizzando metodi avanzati per l’imaging e la quantificazione dei modelli di flusso in collaborazione con Leonardo Chamorro, professore associato di ingegneria meccanica presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign. Le strutture risultanti possono essere formate in un’ampia varietà di dimensioni e forme, alcune con proprietà che possono dare alla natura una corsa per i suoi soldi.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista scientifica Nature.
