Hikaye Kitaplarından ve Tohumlardan Esinlenerek Yapılmış En Küçük Uçan Yapı – ExtremeTech

Bazen verimlilik arayışında doğadan ipuçları alarak büyük kazanımlar elde edebiliriz. Kanat tasarımı, doğanın öne çıktığı yerlerden biri ve rüzgar türbinlerinden tekne pervanelerine ve uçaklardaki kontrol yüzeylerine kadar her şey için notlar alıyoruz. Şimdi, Northwestern’den John A. Rogers tarafından yönetilen bir bilim adamları ekibi, bir mikroçipe biyomimetik kanatlar koyarak, insanların şimdiye kadar yaptığı en küçük uçan yapıyı yarattı.

“Amacımız, dünyaya kanatlı uçuş eklemekti. küçük ölçekli elektronik sistemler, bu yeteneklerin son derece işlevsel, minyatür elektronik cihazlar dağıtmamıza izin vereceği fikriyle, çevreyi kontaminasyon izleme, nüfus gözetimi veya hastalık takibi için algılamamıza izin vereceği fikriyle, “dedi Rogers. “Bunu biyolojik dünyadan ilham alan fikirleri kullanarak yapabildik. Milyarlarca yıl boyunca doğa, tohumları çok sofistike aerodinamiklerle tasarladı. Bu tasarım konseptlerini ödünç aldık, uyarladık ve elektronik devre platformlarına uyguladık.”

Bu “mikro uçucular”ın tasarım sürecinde araştırmacılar farklı türdeki tohumların tasarımını yakından incelediler. Akçaağaç helikopterlerinin dönerek ve yere doğru kanat çırparken uçuş düzenini izlediler ve bunu Tristellateia tohumlarının hafifçe dönen inişiyle karşılaştırdılar.

Sonuç, son derece süslü biyomimetik parıltı kadar hiçbir şeye benzemiyor:

Gündemi olan bir parıltı. (Resim: Northwestern Üniversitesi)

Rogers ve ekibi, başlangıçta origami gibi düz, düzlemsel geometrilere dayanan birçok farklı türde mikro uçucu tasarladı ve inşa etti. Ardından, çocukların pop-up hikaye kitaplarından esinlenerek, bu katı geometrik yapıları, gerilim altında tutulan elastik malzemelere yapıştırmaya çalıştılar. “Kontrollü bir burkulma işlemi” yoluyla, esnek alt tabaka gevşediğinde hassas üç boyutlu formlar oluşturdular.

Bu küçük el ilanlarının geliştirme ekibi, yine Northwestern’den makine mühendisliği profesörü Yonggang Huang ile işbirliği içinde birçok farklı hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonunu yürütmek için istatistik ve hesaplama gücünü kullandı. Huang, “Hesaplamalı modelleme, en küçük terminal hızını veren sinek yapılarının hızlı tasarım optimizasyonuna izin veriyor” dedi. “Deneme-yanılma deneyleriyle bu imkansız.”

Her nesil testte birçok mikro broşürü karşılaştırdılar ve ardından belirli hedeflere göre en iyi performansı gösteren tasarımları seçtiler.

Ortaya çıkan yapılar çok çeşitli şekil ve boyutları içeriyor, ancak ekip en çok zarif, üç kanatlı Tristellateia tohumlarına odaklandı.

Verimlilik söz konusu olduğunda doğayı yenmek zordur, ancak Rogers ekibin bunu başardığını düşünüyor, “en azından dar anlamda, daha istikrarlı yörüngelere sahip yapılar inşa edebildik ve bitkilerden veya ağaçlardan göreceğiniz eşdeğer tohumlardan daha yavaş terminal hızlarda” dedi. “Ayrıca, bu helikopter uçan yapılarını doğada bulunanlardan çok daha küçük boyutlarda inşa edebildik.”

Kanat tasarımlarının ötesinde, grup ayrıca elektronik yük için birkaç farklı seçenek gösterdi. Hava sütunundaki partikülleri izlemek için tasarlanmış bir yapı, sensörler, ortam enerjisini toplayabilen bir güç kaynağı, bir miktar bellek ve topladığı verileri iletmek için bir anten içeriyordu. Su kalitesini izlemek için tasarlanan bir diğeri, farklı dalga boylarında güneşe maruz kalmayı ölçebilen bir pH sensörü ve fotodedektörler kullandı.

Bobin antenli ve UV sensörlü başka bir mikro uçucu.

(Resim: Northwestern Üniversitesi)

Rogers, bu mikro uçucular için, onları uçaklardan dağıtmayı veya çok sayıda denize atmayı içerebilecek bir kullanım senaryosu öngörüyor. Bir yandan, eve telefon eden ve daha sonra suda eriyerek kaybolan akıllı, uçan bir gözetleme enkazı sürüsünden söz etmek biraz alüminyum folyo gibi geliyor. Öte yandan, kirlilik açısından test etmek için bir sürü elektronik çöpü havaya ve suya koymak ironik görünüyor. Rogers da bu sorun üzerinde. Ekibi kısa süre önce geçici, biyolojik olarak emilebilir kalp pillerini gösterdikten sonra manşetlere çıktı.

Laboratuvar, halihazırda “bozunabilir polimerler, kompostlanabilir iletkenler ve çözünebilir entegre devre yongaları kullanan fiziksel olarak geçici elektronik sistemler geliştiriyor ve bu sistemler, maruz kaldığında doğal olarak çevreye zarar vermeyen son ürünlere dönüşüyor. su,” diye açıkladı. “Büyük mikro uçucu koleksiyonlarının kurtarılmasının zor olabileceğini biliyoruz. Bu endişeyi gidermek için, bu çevresel olarak emilebilir versiyonlar doğal ve zararsız bir şekilde çözülür.”

Araştırma, Nature’ın 23 Eylül sayısının kapağında yer alıyor. (Görüntüler ve video: Northwestern Üniversitesi.)

Şimdi Okuyun:

Yeni Küresel Robot Ay Mağaralarını KeşfedebilirBoston Dynamics Atlas Robotu Parkour GameSteve Wozniak’ı Geliştiriyor Uzay Enkazını Temizler.