会飞的微芯片！受种子启发的最小人造飞行结构问世

英国《自然》杂志近日发表了一项工程学突破，包括美国西北大学科学家在内的研究团队受风力传播的植物种子启发研发了一种飞行装置，未来或可应用于环境监测与通信。

植物种子有各种形状和大小，其中一些可利用风力传播，散播遗传物质扩大种群繁殖。这些种子形状可分为四类：降落伞形，如蒲公英；滑翔机形，如翅葫芦；直升机形，如梣叶槭和大叶枫；扑翼或飞旋形，如毛泡桐或臭椿。

受风力传播种子的启发，包括美国西北大学研究人员约翰·罗杰斯在内的科学家们，此次设计了一系列飞行器，大小从微型（小于1毫米）到大型（大于1毫米）。他们使用模拟和风洞实验，研究了改变设计参数（如飞行器直径、结构和翼型）的空气动力学影响。在直升机型和飞旋形种子中，旋转行为加强了这些装置的稳定性和飞行行为。这些设计可以集成简单电子器件，其中一例包含有一个检测空气颗粒物的电路。

研究团队表示，这类在空气中具有良好滞空性的、以风为动力的被动驱动微飞行器，可以成功地在飞行器上集成电子电路功能模块，从而实现空气污染物监测等功能。该类微飞行器在空气中还具有非常缓慢的下落速度——约0.28m/s，只有雪花平均下落速度的1/8左右，而且微飞行器的旋转下落模式为其提供了较好的飞行稳定性。除此之外，其还可以像植物种子一样广泛播撒，有望成为物联网的节点，构建具有空间深度与时间广度的低成本实时监测系统，同时，助力未来疫情监测与病毒防控。

在同时发表的新闻与观点文章中，美国康奈尔大学科学家E·法里尔·赫尔博灵写道：“这些装置可以构成动态传感器网络，用于环境监测、无线通信节点，或基于互联网连接设备网络即物联网的各种其他技术”。赫尔博灵补充说，需要做进一步工作，以理解飞行器在风中会有怎样的行为，以及其他设计（降落伞形和滑翔机形飞行器）表现如何，但她认为目前的成果为增进飞行器能力铺平了道路。

3D飞行器的艺术呈现图。图片来源：美国西北大学

10x10飞行器矩阵。图片来自西北大学

装有测量空气颗粒物污染水平电路的3D飞行器。图片来自西北大学