漂浮的旋转微芯片可以帮助我们监测自然而不留痕迹

在一些枫树茂盛的森林深处，季节的变换预示着成群的翅果的到来。但这些并不是虫子。这些种子有时被称为枫叶钥匙、旋转木马或龙卷风，它们类似于精致的直升机叶片，以复杂的空气动力学原理旋转，让它们被风带到很远很远的地方。

现在，将这些迷人的飞行器做得更小，并用微芯片代替实际的种子。这样你就拥有了一群微小的空中电子设备，每个电子设备可能都不大于一粒沙子。

这与西北大学工程师们发明的非常接近。他们声称，他们的小型带翼芯片——他们称之为“微型飞行器”——是有史以来最小的人造飞行物体。很快，它们就可能成为最新、最小巧的环境监测方式。

将皮肤传感器变成飞行芯片

西北大学的研究人员长期以来一直致力于研究可植入人体的生物技术传感器。这类设备体积虽小，但功能强大，可以携带电子设备，插入肠道或皮肤等部位，然后与外界进行通信。当它们完成工作后，其中一些可以自然地溶解到人体的生物物质中。

西北大学生物医学工程师、该最新项目的首席研究员之一约翰·罗杰斯 (John Rogers) 表示：“我们一直意识到，许多相同的基础技术也可以被调整和利用来监测环境。”

在开始这项任务时，第一个重大任务是找到一种方法来释放它们并将它们分散到广阔的区域——比如一个大农场的大小。起初，研究人员考虑尝试制造一种可以通过扇动小翅膀飞行的装置，就像电子蝙蝠一样。

罗杰斯说：“这是一个相当艰巨的工程挑战，因此我们转向了可控飞行中的另一个生物启发领域。”

这个领域就是植物世界：特别是长着翅膀的种子，它们可以随风飘扬。研究人员通过模拟来微调结构，发现枫树的种子给了他们最终的设计。

不过，与枫树翅果不同的是，它们的微芯片有三片翅膀。它还配备了一个微型电源、用于收集数据的传感器、用于存储数据的内存以及一根用于将发现结果广播到计算机或手机的天线。但尽管翅膀附在微芯片上，但它们实际上根本不是电子的。

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实验室里的飞芯片

制造该设备带来了另一个挑战。微芯片通常设计、制造和封装在平面中，相当于二维空间。但要实现任何有用的飞行，该设备的机翼需要展开成三维。研究人员通过在拉伸橡胶基座上制造芯片来解决这个问题。让橡胶以精心策划的方式反弹，机翼基本上就会弹起并进入完全功能状态。

“这是关于此类概念的首份报告，”罗杰斯说。“我们还没准备好启动生产线。”

但研究人员相信，该设计具有轻松实现量产的潜力。微型飞行器可以像其他普通微芯片一样在相同的装置中制造，这是一大优势。

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为了制造出能够监测环境的设备，研究人员已经在多个应用中测试了他们的微型飞行器：记录水的 pH 值、检测空气中的颗粒物以及测量阳光水平。他们于周四在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。

罗杰斯和他的同事设想，未来，他们设计的微型飞行器群将从飞机或高层建筑上空投下。如果在城市上空投放，它们可以测量不同高度的空气污染水平。如果在发生环境灾难（如化学品泄漏）时投放，它们可以监测人类无法到达的地方。

微型飞行员还可以观察天空中携带疾病的空气传播颗粒，就像过去一年半以来世界各地一直使用口罩和玻璃屏障来抵御的那些颗粒一样。

事后清理

现在，罗杰斯和他的同事们已经完成了设计，他们希望继续建造。他们认为，这种微型飞行器只是其他几种设备的开端：像蒲公英种子一样降落伞或像爪哇黄瓜种子一样滑翔的微型飞行器。

但用不环保的设备来监控环境是没有好处的。“如果你打算在环境中分发数千甚至数万个微型设备……那么你实际上是在分发电子垃圾吗？”罗杰斯问道。

这就是他们在制造可在人体内溶解的装置方面的经验：他们用于微型飞行器的材料可以在地下水中自然降解（您可以在此处观看视频）。

罗杰斯说，如果没有溶解性方面的专业知识，“我们可能一开始就不会开始这项研究。”