Inženjeri sa Sveučilišta Northwestern dodali su novu sposobnost elektroničkim mikročipovima - mogućnost da lete. Veličine zrna pijeska, novi leteći mikročipovi ili "mikroletači (microfliers) pritom ne koriste nikakav motor. Umjesto toga, oni lebde na vjetru poput sjemenki koje pomoću svojih propelera putuju zrakom kao helikopteri. 

Idealni uređaji

Proučavajući stabla javora i druge vrste sjemena raspršenog vjetrom, inženjeri su optimizirali aerodinamiku ovih mikroletača kako bi s visina padali sporo i kontrolirano. Ovakvo ponašanje stabilizira njihov let, osigurava širenje širokim područjem i povećava vrijeme interakcije sa zrakom. A sve to čini ih idealnim za praćenje onečišćenja i bolesti koje se šire zrakom.

Kao najmanja leteća konstrukcija koju je napravio čovjek, ​​mikroletači mogu biti opremljeni ultra-minijaturiziranom tehnologijom: senzorima, izvorima napajanja, antenama za bežičnu komunikaciju i ugrađenom memorijom za pohranu podataka.

"Ugradili smo krila malim elektroničkim sustavima kako bismo ih mogli koristiti za praćenje zagađenja okoliša, nadzor stanovništva ili praćenje bolesti", kaže voditelj projekta John A. Rogers, inspiriran idejama iz biološkog svijeta. "Tijekom milijardi godina priroda je dizajnirala sjeme s vrlo sofisticiranom aerodinamikom. Posudili smo te dizajnerske koncepte, prilagodili ih i primijenili na platforme elektroničkih krugova."

"Mislim da pobjeđujemo prirodu"

Kako bi dizajnirali mikroletače, inženjeri su proučavali aerodinamiku sjemena brojnih biljaka, crpeći svoju najizravniju inspiraciju iz biljke tristellateia, cvjetne loze sa zvjezdastim sjemenkama. Njene sjemenke imaju oštra krilca s kojima hvataju vjetar i rotirajući lagano klize prema tlu. 

Rogersov tim je izradili različite vrste mikroletača, uključujući i jednog po uzoru na tristellateiju. Kako bi odredili idealnu strukturu, računalno su modelirali razna strujanja zraka. Strukture su potom testirali u laboratoriju, koristeći napredne metode za oslikavanje i kvantificiranje obrazaca protoka. 

"Mislim da pobjeđujemo prirodu", kaže Rogers. "Izradili smo strukture koje padaju sa stabilnijim putanjama i sporijim terminalnim brzinama od ekvivalentnih sjemenki. Uz to, ove su strukture puno manje od onih pronađenih u prirodi. To je važno jer rast elektroničke industrij počiva na stalnoj minijaturizaciji; senzori, radio aparati, baterije i druge komponente sve su manjih dimenzija."

Inspiracija u dječjim knjigama

U izradi mikroletača, tim je inspiraciju crpio i iz dječjih knjiga sa skočnim slikama. Konstrukciju grade u ravnim geometrijama na blago rastegnutoj gumenoj podlozi. Kad se podloga opusti, krila se izvijaju i iskaču u točno definirane trodimenzionalne oblike.

"Ova strategija izrade 3D struktura od 2D prekursora moćna je jer su svi postojeći poluvodički uređaji ugrađeni u ravni oblik", objašnjava Rogers. "To možemo iskoristiti za izradu standardnih, ravnih dizajna nalik čipovima. Zatim ih samo pretvaramo u 3D leteće oblike po principima sličnima u skočnoj knjizi."

Interakcija sa zrakom

Mikroletači se sastoje od dva dijela: milimetarskih elektroničkih funkcionalnih komponenti i njihovih krila. Dok mikroletač pada, njegova krila stupaju u interakciju sa zrakom stvarajući sporo i stabilno rotacijsko kretanje. Težina elektronike raspoređena je nisko u središtu mikroletača kako bi se spriječio gubitak kontrole i nagli pad.

U demonstriranim primjerima iskušani su razni senzori, izvori napajanja koji mogu prikupiti okolišnu energiju, memorije za pohranu i antena koja bežično prenosi podatke na pametni telefon, tablet ili računalo. Jedan uređaj opremljen je elementima za otkrivanje čestica u zraku. U drugom primjeru, ugradili su pH senzore za praćenje kvalitete vode i fotodetektore za mjerenje izloženosti Suncu na različitim valnim duljinama.

Veliki broj uređaja mogao bi se ispustiti iz aviona ili s visokih zgrada i široko raspršiti radi praćenja sanacije okoliša nakon izlijevanja kemikalija ili praćenja razina zagađenja zraka na različitim nadmorskim visinama.

"Zamišljamo veliki broj minijaturiziranih senzora koji se mogu distribuirati pri velikoj prostornoj gustoći na velikim površinama, kako bi se formirala bežična mreža", kaže Rogers. 

Uređaji koji nestaju

Rogers misli i na budućnost pa njegov laboratorij već razvija elektroniku koja se nakon upotrebe može bezopasno otopiti u vodi, poput njihovih bio resorbirajućih pacemakera. Iste materijale i tehnike sad koriste za izradu mikroletača koji se prirodno razgrađuju i s vremenom nestaju u podzemnim vodama.

"Takve fizički prolazne elektroničke sustave izrađujemo pomoću razgradivih polimera, kompostabilnih vodiča i otapajućih čipova integriranih krugova koji prirodno nestaju u ekološki bezopasnim krajnjim proizvodima kada su izloženi vodi", objašnjava Rogers.