Ingenieros de la Northwestern University, en la ciudad de Evanston, en el estado de Illinois, han agregado una nueva capacidad a los microchips electrónicos: la actividad de vuelo. Aproximadamente del tamaño de un grano de arena, el nuevo microchip volador, o «microflier» no tiene motor. En cambio, vuela con el viento, al igual que la semilla de la hélice de un arce, y gira como un helicóptero por el aire hacia el suelo.
Microfliers dispersos del tamaño de un grano de arena podrían monitorear la contaminación del aire, las enfermedades transmitidas por el aire y la contaminación ambiental. Los investigadores diseñaron un nuevo microchip volador mediante el estudio de la aerodinámica de las semillas dispersadas por el viento. El equipo utilizó mecanismos similares a los de los libros emergentes para fabricar los dispositivos. La tecnología resultante está repleta de sensores ultraminiaturizados y capacidades de comunicación inalámbrica.
Al estudiar los arces y otros tipos de semillas dispersadas por el viento, los ingenieros optimizaron la aerodinámica del microflier para asegurarse de que, cuando se deja caer a gran altura, caiga a una velocidad lenta de manera controlada. Este comportamiento estabiliza su vuelo, asegura la dispersión en un área amplia y aumenta la cantidad de tiempo que interactúa con el aire, lo que lo hace ideal para monitorear la contaminación del aire y las enfermedades transmitidas por el aire.
Como las estructuras voladoras más pequeñas jamás creadas por el hombre, estos microfliers también se pueden empaquetar con tecnología ultraminiaturizada, incluidos sensores, fuentes de energía, antenas para comunicación inalámbrica y memoria integrada para almacenar datos. La investigación apareció publicada en la edición de este jueves de la revista Nature.
“Nuestro objetivo era agregar el vuelo alado a los sistemas electrónicos a pequeña escala, con la idea de que estas capacidades nos permitirían distribuir dispositivos electrónicos miniaturizados altamente funcionales para detectar el entorno para la monitorización de la contaminación, la vigilancia de la población o el seguimiento de enfermedades”, dijo John A. Rogers, de la Northwestern, quien dirigió el desarrollo del dispositivo. “Pudimos hacer eso usando ideas inspiradas en el mundo biológico. A lo largo de miles de millones de años, la naturaleza ha diseñado semillas con una aerodinámica muy sofisticada. Tomamos prestados esos conceptos de diseño, los adaptamos y los aplicamos a plataformas de circuitos electrónicos «.
“La evolución fue probablemente la fuerza impulsora de las sofisticadas propiedades aerodinámicas exhibidas por muchas clases de semillas”, dijo Rogers. “Estas estructuras biológicas están diseñadas para caer de forma lenta y controlada, de modo que puedan interactuar con los patrones de viento durante el período de tiempo más largo posible. Esta característica maximiza la distribución lateral a través de mecanismos aerotransportados puramente pasivos».
Para diseñar los microfliers, el equipo de Northwestern estudió la aerodinámica de varias semillas de plantas, inspirándose más directamente en la planta de tristellateia, una enredadera en flor con semillas en forma de estrella. Las semillas de Tristellateia tienen alas afiladas que atrapan el viento para caer con un giro lento y giratorio.
Rogers y su equipo diseñaron y construyeron muchos tipos diferentes de microfliers, incluido uno con tres alas, optimizado para formas y ángulos similares a las alas de una semilla de tristellateia. Sobre la base de este modelado, el grupo de Rogers construyó y probó estructuras en el laboratorio, utilizando métodos avanzados para obtener imágenes y cuantificar patrones de flujo en colaboración con Leonardo Chamorro, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
«Creemos que vencimos a la naturaleza», dijo Rogers. “Al menos en el sentido estricto de que hemos podido construir estructuras que caen con trayectorias más estables y a velocidades terminales más lentas que las semillas equivalentes que se verían en plantas o árboles. También pudimos construir estas estructuras voladoras de helicópteros en tamaños mucho más pequeños que los que se encuentran en la naturaleza. Eso es importante porque la miniaturización de dispositivos representa la trayectoria de desarrollo dominante en la industria de la electrónica, donde los sensores, radios, baterías y otros componentes se pueden construir en dimensiones cada vez más pequeñas”.
