Como un grano de arena: construyen el microchip volador más pequeño del mundo

Para diseñar los llamados microfliers, el equipo de investigación estudió la aerodinámica de varias semillas de plantas que atrapan el viento para caer lentamente.

El microchip ha sido desarrollado siguiendo modelos naturales del medio ambiente y se espera su uso sea contundente para rastreo de enfermedades y evaluaciones de la contaminación. Foto: Universidad Northwestern
El microchip ha sido desarrollado siguiendo modelos naturales del medio ambiente y se espera su uso sea contundente para rastreo de enfermedades y evaluaciones de la contaminación. Foto: Universidad Northwestern
Ciencia LR

Un microchip con alas, del tamaño de un grano de arena, se ha convertido en el dispositivo fabricado por el ser humano más pequeño con la capacidad de volar. El nuevo microflier, como lo denominan sus inventores de la Universidad de Northwestern, no tiene motor. En cambio, es capaz de moverse con el viento, al igual que la semilla de la hélice de un árbol de arce, y gira como un helicóptero por el aire hacia el suelo.

Al estudiar los arces y otros tipos de semillas dispersadas por el viento, los ingenieros optimizaron la aerodinámica del microflier para garantizar que 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 y las enfermedades transmitidas por el aire.

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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 aparece en la portada de la edición del 23 de septiembre de la revista Nature.

Lazy loaded component

“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 el monitoreo de la contaminación, la vigilancia de la población o el seguimiento de enfermedades”, dijo en un comunicado el profesor John A. Rogers, de la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 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”, dijo Rogers, pionero en bioelectrónica.

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La mayoría de la gente ha visto la semilla de la hélice de una hoja de arce girar en el aire y aterrizar suavemente en la acera. Este es solo un ejemplo de cómo la naturaleza ha desarrollado métodos inteligentes y sofisticados para aumentar la supervivencia de varias plantas. Al asegurarse de que las semillas se dispersen ampliamente, las plantas y árboles sedentarios pueden propagar sus especies a grandes distancias para poblar áreas amplias.

“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”.

La estructura voladora fue inspirada en el mundo biológico, con la finalidad de reducir su impacto y desarrollar funciones para el monitoreo de la contaminación, la vigilancia de la población o el seguimiento de enfermedades. Foto: Universidad Northwestern

Para diseñar los microfliers, el equipo 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. Para identificar la estructura más ideal, Huang dirigió el modelado computacional a gran escala de cómo fluye el aire alrededor del dispositivo, para imitar la rotación lenta y controlada de la semilla de tristellateia.

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Sobre la base de este modelo, 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.

Con información de Europa Press.