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史上最小的微型飞行器成功研发

文|陈根长期以来,人类对飞行器的研究主要集中在主动系统上,例如4轴无人机,或受昆虫、鸟类启发的各种飞行器平台。这一类飞行器能够在环境中独立移动,但由于尺寸和安全性问题,其应用往往受到限制。而一旦缩小尺寸,就会面临动力供应不足问题,因此难以在现实环境中应用。

文|陈根

长期以来,人类对飞行器的研究主要集中在主动系统上,例如4轴无人机,或受昆虫、鸟类启发的各种飞行器平台。这一类飞行器能够在环境中独立移动,但由于尺寸和安全性问题,其应用往往受到限制。而一旦缩小尺寸,就会面临动力供应不足问题,因此难以在现实环境中应用。

相比之下,植物种子就较为轻巧,且具有良好的空气动力性,这是自然数十亿年进化而来的结果,即利用被动机制帮助它们四处播散。通过探究,研究人员发现,利用风播散的植物种子通常具有特定的几何形状,通过在自由落体过程中,其可以增加终端速度和空气阻力来提高动态稳定性和飞行距离。

日前,受到随风飘落的植物种子的启发,美国西北大学的工程师们成功研发出迄今为止最小的微型飞行器。该飞行器最大的型号大约有两毫米长,和果蝇的体积差不多,最小的型号则只有前者的四分之一,相当于沙粒大小。

史上最小的微型飞行器成功研发

微型飞行器由毫米尺寸的芯片以及飞翼两部分组成。当微型飞行器从空中释放后,飞翼与空气摩擦,使整体缓慢而稳定地旋转起来,就像风媒种子一样缓缓降落。芯片位于飞行器中心较低的位置,以防止飞行器在风中失控。

为了让这些精巧的设备稳定下落,工程师们最开始参考分析了一些靠风力播种的植物种子的形状,例如大叶槭、羽叶槭和一些三星果属(Tristellateia)的藤本植物。随后,他们用计算机建模模拟与这些种子类似但又稍有不同的形状周围的空气流动,最终实现比植物下落得更慢、更稳定的微型飞行器。

为了扩大该飞行器监测环境的范围,研究人员先制作出二维飞翼,然后将它们粘在一层叫做弹性体(elastomer)的可伸缩材料上。当这种材料放松时,它就会收缩,把飞翼拉扯成最终的三维结构。

值得一提的是,为了防止破坏生态环境,研究人员们使用了环境友好型聚合物材料、芯片和导线,它们都是可以缓慢自然降解的。未来,该微型飞行器有望在环境污染、疾病扩散、生物危害等方面的大展身手。

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