随着春季结束，枫树开始释放带翼的种子，这些种子像直升机一样从树枝上飘落并轻轻地落在地面上。受到这些直升机式豆荚以及其他滑翔、旋转的树种子的空气动力学的启发，工程师们声称已经制造出有史以来最小的风力驱动机器，他们称之为“微型飞行器”。
这些翼状装置的最大版本，研究人员有时将其称为“中型飞行器”或“大型飞行器”，长度约为两毫米，大约相当于果蝇的大小。最小的微型飞行器只有四分之一大小。这使得它们足够小，可以像种子一样漂浮，但仍然足够大，可以携带带有传感器的紧凑型微芯片，这些传感器可以收集有关设备周围环境的信息，以及将这些数据发送给科学家的无线发射器。西北大学的物理化学家约翰·罗杰斯说，可以从空中投放成群的微型飞行器，让它们随风飘散到广阔的区域。“然后你可以利用它们作为传感器网络，来绘制环境污染、疾病传播、生物危害或其他事物的地图，”他补充道。罗杰斯和他的同事在周三发表在《自然》杂志上的一篇论文中描述了这些机器。
为了帮助他们的装置尽可能平稳和稳定地下降，工程师们首先分析了空中种子的形状，例如大叶枫树、北美 boxelder 树和Tristellateia属木质藤本植物的种子。然后，他们使用计算机模拟了具有略微不同几何形状的类似形状周围的气流。这个过程使研究人员能够改进各种设计，直到微型飞行器比它们的植物对应物更稳定和缓慢地下降。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
一些微型飞行器被设计成像Tristellateia属木质藤本植物的种子一样旋转。图片来源：西北大学
为了让这些设备监测大面积区域，罗杰斯和他的同事们将不得不大量生产它们——如果他们可以使用现有的集成电路制造设施和工艺，这项任务将会更容易。但是这些生产方法主要生产扁平形状，而微型飞行器的设计是三维的。为了解决这个问题，工程师们制造了二维微型飞行器，然后将它们粘合到一层称为弹性体的可拉伸材料上。当他们让这种材料放松时，它会收缩，将微型设备拉成最终的三维形状。“我们可以从那个平面形状开始构建各种不同类型的翼状结构，”罗杰斯说。
尽管这些设备具有新颖性，但它们是否真的会对环境监测活动有利，这个问题仍然悬而未决，麦吉尔大学的环境流行病学家斯科特·韦亨塔尔说，他没有参与这项研究。“它们测量可靠吗？”他问道。“它们是否比我们现在在监测方面能做的更好？这还不清楚。”
微型飞行器被制造成二维平面，然后通过弹性层将它们拉成最终的三维形状。图片来源：西北大学
罗杰斯承认，微型飞行器仍然只是一个概念验证。但他和他的团队计划很快进行实地测试。他们的目标是空投数千个设备，这些设备会根据它们着陆地点存在的铅、镉或汞的量而改变颜色。然后，一架无人机将飞到空中并拍摄该区域的高分辨率图像，发现变色的设备，从而让研究人员绘制污染物浓度的地图。
当然，将微型机器散落在景观上似乎不是很可持续。为了避免破坏当地生态系统，罗杰斯和他的同事们用环保的聚合物、导体和电路芯片制造了微型飞行器，这些材料会随着时间的推移而降解。在收集和传输有关其着陆区的数据后，掉落的飞行器会分解并融化成粘液，然后被冲走。这对环境更好，对研究人员也更方便。正如罗杰斯所说，“我们不希望处于必须在事后收集所有这些设备的位置。”