現今,當工程師與科學家們研發新科技時,他們或許比以往都更多地從大自然擷取靈感。對於人類有史以來所打造過最小的飛行結構而言,靈感也是來自大自然。

微飛行器

從楓樹等樹木只需要利用稍強勁的微風來散播種子的方式中,研究人員們獲得了靈感,並研發出了一系列小型的飛行微晶片,其中最小的一個也不比一粒沙子大。這一塊飛行微晶片,或是所謂的「微飛行器」(microflier)可以乘風,並且如直升機般地向地面旋轉。

由美國伊利諾州西北大學(Northwestern University)的團隊所設計的微飛行器能夠配備有超微型化的科技,包括感測器、電源、無線通訊用天線、甚至是資料儲存用的嵌入式記憶體。

特性與功用

領導著團隊開發這項新設備的西北大學教授約翰·A·羅傑斯(John A. Rogers)說到:「我們的目標是將有翼飛行功能添加到小型電子系統中。我們的想法是,這個能力可以讓我們散佈高功能性、微小化的電子設備來感測環境,以監控汙染、監視人口或者追蹤疾病。」

工程師團隊想要設計能夠在空中待越久越好的設備,讓他們能夠將相關資料的收集最大化。當微飛行器從空中掉落時,它的翅膀會與空氣互動,創造出緩慢且穩定的旋轉動作。

羅傑斯教授說:「我認為我們打敗了大自然。至少,狹義上來說,比起同等重量的植物或樹木種子,我們能夠打造出以更穩定的軌跡且更慢的終端速度掉落的結構。我們亦能夠以比大自然中所找到的結構更小的尺寸,打造這些直升機式飛行結構。」

羅傑斯教授相信這些設備可能可以一齊從天空中掉落並散佈開來,藉此來監控漏油事件後環境修復的工作、或是在不同海拔高度追蹤空氣汙染的程度。

環境友善的設備

另外,羅傑斯教授以及他的團隊並沒有忘記說,當試著緩解一個環境汙染物所造成的影響時,可能會創造出另一種新的環境汙染物。在描述他們研究的論文中,作者們提到了這些顧慮:「我們必須仔細考慮有效率的回收與處置方法。一個能夠繞過這些問題的解答是,利用由具有下述性質的材料所製成的設備:能夠藉由化學反應、和/或物理崩解,形成無害的最終產物,而自然地被環境所吸收。」

幸運地是,羅傑斯教授的實驗室研發出瞬態電子零件(transient electronics)。當這些瞬態電子零件不再有用後,能夠溶解於水中。藉由使用相似的材料,羅傑斯教授和他的團隊把目標放在打造出能夠隨著時間分解而消失在地下水中的飛行器。

羅傑斯教授說:「我們藉由使用接觸到水時能夠自然消失,而成為對環境無害的最終產物的可分解高分子、可堆肥的導體、和可分解積體電路晶片,製造出這種物理上的瞬態電子零件系統。我們知道要回收大量的微飛行器可能很困難。為了解決這種擔憂,這些環境可吸收的微飛行器能夠自然且無害地溶解於水中。」

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參考資料:

  1. Feehly, C., (2021, September 23). This Microchip with Wings Is the Smallest Flying Structure Humans Have Ever Built. ScienceAlert
  2. Kim, B. H. et al., (2021, September 22). Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03847-y
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/the-smallest-flying-device-ever-made-by-humans-is-like-a-grain-of-sand(圖:Northwestern University)
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