Puce électronique volante tridimensionnelle

Les ingénieurs ont ajouté une nouvelle capacité aux puces électroniques :le vol. De la taille d'un grain de sable, la nouvelle micropuce volante (microflier) n'a pas de moteur ou de propulseur. Au lieu de cela, il prend son envol avec le vent - un peu comme la graine de l'hélice d'un érable - et tourne comme un hélicoptère dans les airs vers le sol. Les microfliers peuvent également être dotés d'une technologie ultra-miniaturisée comprenant des capteurs, des sources d'alimentation, des antennes pour la communication sans fil et une mémoire intégrée pour stocker les données.

En étudiant les érables et d'autres types de graines dispersées par le vent, les ingénieurs ont optimisé l'aérodynamique du microflier pour s'assurer que lorsqu'il est largué à haute altitude, il tombe à une vitesse lente de manière contrôlée. Ce comportement stabilise son vol, assure sa dispersion sur une vaste zone et augmente la durée de son interaction avec l'air, ce qui le rend idéal pour surveiller la pollution de l'air et les maladies transmises par l'air.

Pour concevoir les microfliers, l'équipe a étudié l'aérodynamisme de plusieurs graines de plantes, puisant son inspiration la plus directe dans la plante tristellateia, une liane fleurie aux graines en forme d'étoile. Les graines de Tristellateia ont des ailes à lames qui attrapent le vent pour tomber avec une rotation lente et rotative.

L'équipe a conçu et construit de nombreux types de microfliers différents, dont un à trois ailes, optimisé pour des formes et des angles similaires à ceux des ailes d'une graine de tristellateia. Pour identifier la structure la plus idéale, une modélisation informatique à grande échelle a été réalisée sur la façon dont l'air circule autour de l'appareil pour imiter la rotation lente et contrôlée de la graine de tristellateia.

Sur la base de cette modélisation, l'équipe a ensuite construit et testé des structures en laboratoire, en utilisant des méthodes avancées d'imagerie et de quantification des schémas d'écoulement. Les structures résultantes peuvent être formées dans une grande variété de tailles et de formes.

Pour fabriquer les appareils, l'équipe s'est inspirée d'une autre nouveauté familière :un livre pop-up pour enfant. L'équipe a d'abord fabriqué des précurseurs de structures volantes dans des géométries planes et plates. Ensuite, ils ont collé ces précurseurs sur un substrat en caoutchouc légèrement étiré. Lorsque le substrat étiré est relâché, un processus de flambage contrôlé se produit qui fait « apparaître » les ailes dans des formes tridimensionnelles définies avec précision.

Les microfliers sont constitués de deux parties :des composants électroniques fonctionnels de taille millimétrique et leurs ailes. Lorsque le microflier tombe dans les airs, ses ailes interagissent avec l'air pour créer un mouvement de rotation lent et stable. Le poids de l'électronique est réparti bas au centre du microflier pour l'empêcher de perdre le contrôle et de tomber au sol de manière chaotique.

Dans des exemples démontrés, l'équipe a inclus des capteurs, une source d'alimentation qui peut récupérer l'énergie ambiante, un stockage de mémoire et une antenne qui peut transférer sans fil des données vers un smartphone, une tablette ou un ordinateur. L'équipe a équipé un appareil avec tous ces éléments pour détecter les particules dans l'air. Dans un autre exemple, ils ont incorporé des capteurs de pH qui pourraient être utilisés pour surveiller la qualité de l'eau et des photodétecteurs pour mesurer l'exposition au soleil à différentes longueurs d'onde.

Un grand nombre d'appareils pourraient être largués d'un avion ou d'un bâtiment et largement dispersés pour surveiller les efforts d'assainissement de l'environnement après un déversement de produits chimiques ou pour suivre les niveaux de pollution de l'air à différentes altitudes.

Les systèmes électroniques physiquement transitoires utilisent des polymères dégradables, des conducteurs compostables et des puces de circuits intégrés solubles qui disparaissent naturellement dans des produits finaux respectueux de l'environnement lorsqu'ils sont exposés à l'eau.