Científicos han desarrollado un microchip alado (volador) que tienen el tamaño de un grano de arena, y según sus creadores se utilizará para “rastrear enfermedades transmitidas por el aire”.

Los investigadores que desarrollaron este pequeño dispositivo dicen que los “microfliers” o “microvolantes” también podrían usarse para monitorear la contaminación del aire y la contaminación ambiental a escalas que antes no eran posibles.

Copiando la naturaleza

No hay motor involucrado: el pequeño dispositivo funciona como las semillas de la hélice de un árbol de arce, atrapando el viento para frenar su caída mientras se desliza hacia el suelo.

Al estudiar las semillas dispersadas por el viento, los ingenieros de la Northwestern University en Evanston, Illinois , optimizaron la aerodinámica del microflier para garantizar que cuando se deja caer desde una altura, caiga a una velocidad lenta de manera controlada.

Microfliers 3D hechos por humanos inspirándose en la naturaleza: una semilla de hélice de un árbol de arce. Estos pequeños chips atrapan el viento mientras se deslizan por el aire.

Esto permite una dispersión en un área amplia y aumenta el tiempo que se pasa en el aire, interactuando con la contaminación y las partículas de enfermedades en el camino hacia abajo.

Hasta ahora, las versiones de los pequeños dispositivos han sido equipadas con sensores de contaminación del aire, herramientas para estudiar la radiación solar en diferentes longitudes de onda y un sensor de PH para monitorear la calidad del agua.

El equipo de EE. UU. dijo que el microflier fue desarrollado inicialmente como un sistema electrónico a pequeña escala que podría estar repleto de sensores y luego volar, o al menos planear.

Dispositivo avanzado

“Además de sensores, tiene fuentes de energía, antenas para comunicación inalámbrica y memoria integrada para almacenar datos”, explicó el equipo.

Un microflier 3D junto a una hormiga común para mostrar el tamaño a escala. Cortesía: Northwestern University

El pionero de la bioelectrónica, el profesor John Rogers, quien dirigió el desarrollo, dijo que el objetivo era usar los dispositivos para detectar el medio ambiente para el monitoreo de la contaminación, la vigilancia de la población o el seguimiento de enfermedades.

El equipo se inspiró en el mundo biológico, que según el profesor Rogers ha tenido miles de millones de años para desarrollar una aerodinámica sofisticada.

Rogers dijo:

“Tomamos prestados esos conceptos de diseño, los adaptamos y los aplicamos a plataformas de circuitos electrónicos. 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”.

Para diseñar los microfliers, el profesor Rogers y sus colegas estudiaron la aerodinámica de las semillas de varias plantas, inspirándose más directamente en la Tristellateia, una enredadera en flor con semillas en forma de estrella.

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Las semillas de Tristellateia tienen alas afiladas que atrapan el viento para caer con un giro lento y giratorio, explicaron.

Parte del trabajo implicó el diseño y desarrollo de muchos tipos de microfliers, incluido uno con tres alas, optimizado a los ángulos de la tristellateia.

Pruebas de laboratorio

Para identificar la estructura más ideal, el profesor Yonggang Huang, quien dirigió el trabajo teórico del estudio, realizó un modelo computacional de cómo fluye el aire alrededor del dispositivo para imitar la rotación lenta y controlada de la semilla de tristellateia.

Representación artística de una microflier 3D.

Sobre esta base, el grupo del profesor Rogers construyó y probó estructuras en el laboratorio, utilizando métodos avanzados para obtener imágenes y cuantificar patrones de flujo.

Las estructuras resultantes se pueden formar en una amplia variedad de tamaños y formas, algunas con propiedades que, según el profesor Rogers, pueden hacer que la naturaleza “corra por su dinero”.

El ingeniero principal dijo:

“Creemos que ganamos a la naturaleza. 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 electrónica, donde los sensores, radios, baterías y otros componentes se pueden construir en dimensiones cada vez más pequeñas”.

El profesor Rogers explicó que los microfliers constan de dos partes: componentes electrónicos funcionales de tamaño milimétrico y sus alas.

El peso de la electrónica se distribuye bajo en el centro del microflier para evitar que pierda el control y caiga caóticamente al suelo.

Uso de energía ambiental

El equipo del profesor Rogers incluyó sensores, una fuente de energía que puede recolectar energía ambiental, almacenamiento de memoria y una antena que puede transferir datos de forma inalámbrica a un teléfono inteligente, tableta o computadora.

Primer plano al microflier 3D, equipado con una antena en espiral y sensores UV.

El equipo equipó un dispositivo con todos los elementos para detectar partículas en el aire, útil para monitorear los niveles de contaminación en una carretera principal o en una región muy local.

En otro ejemplo, incorporaron sensores de acidez que podrían usarse para monitorear la calidad del agua y fotodetectores para medir la exposición al sol en diferentes longitudes de onda.

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El profesor Rogers dice que una gran cantidad de dispositivos podrían arrojarse desde un avión o edificio y dispersarse ampliamente para monitorear el aire después de un derrame químico o para rastrear los niveles de contaminación del aire en varias altitudes.

Incluso tiene un plan para lidiar con cualquier basura electrónica. Su equipo ya desarrolla dispositivos electrónicos transitorios que pueden disolverse en agua sin causar daños cuando ya no se necesitan.

Ahora su equipo está utilizando los mismos materiales y técnicas para construir microfliers que se degradan y desaparecen naturalmente en el agua subterránea con el tiempo.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

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