کوچکترین پرنده ساخت بشر!/ میکروفلایر و پرواز به سبک دانۀ افرا (+فیلم و عکس)

فروریختن هزاران میکروفلایر از هواپیماها یا ساختمان های بلند می تواند روشی منحصر به فرد برای نظارت بر شرایط محیط زیست، مانند آلودگی، نشت مواد سمی، و گسترش بیماری ها باشد.

عصر ایران - همانند دانه های بالگردی درخت افرا که به آرامی روی زمین فرود می آیند، پژوهشگران موفق به ساخت ریزتراشه هایی به نام "میکروفلایر" شده اند که با کمک جریان باد می تواند جابجا شود.

مهندسان دانشگاه نورث‌وسترن در ایوانستون، ایلینوی برای توسعه ریزتراشه های قادر به پرواز منفعل خود تا حد زیادی از طبیعت الهام گرفته اند. میکروفلایرها می توانند با نسیمی ملایم نیز در هوا جابجا شوند، در شرایطی که حرکت چرخشی هنگام پرواز امکان نزول آرام و کنترل شده را برای آنها فراهم می کند.

سقوط آزاد میکروفلایر (راست) در برابر دانه تریستلاتیا (چپ)

دانلود فیلم

تیم پژوهشی دانشگاه نورث‌وسترن به رهبری مهندس جان راجرز برای درک بهتر این که چگونه طبیعت پس از میلیون ها سال تکامل به روش هایی عالی برای پخش کردن دانه ها دست یافته است، گیاهان و درختان مختلف را مطالعه کردند. دانه هایی که با کمک جریان باد جابجا می شوند از یکی از چهار راهبرد بالگردی، چرخشی، گلایدری، و چتر نجاتی استفاده می کنند.

به گفته راجرز، تکامل به احتمال زیاد نیروی محرک برای ویژگی های پیچیده آیرودینامیکی است که بسیاری از گروه های دانه ها از آنها برخوردارند. این ساختارهای بیولوژیکی به گونه ای طراحی شده اند تا به آرامی و به روشی کنترل شده به سمت زمین حرکت کنند، از این رو، آنها می توانند با الگوهای مختلف باد برای طولانی‌ترین دوره زمانی ممکن تعامل داشته باشند و در محیط گسترده‌تری پراکنده شوند.

فروریختن هزاران میکروفلایر از هواپیماها یا ساختمان های بلند می تواند روشی منحصر به فرد برای نظارت بر شرایط محیط زیست، مانند آلودگی، نشت مواد سمی، و گسترش بیماری ها باشد. میکروفلایرهای اصلاح شده می توانند شبکه های پیوندی قدرتمندی متشکل از هزاران گره را شکل داده یا به صورت بی سیم با دستگاه های خارجی ارتباط برقرار کنند و به عنوان حسگرهایی در اینترنت اشیا عمل کنند. در حقیقت، کاربردهای بالقوه برای آنها عملا نامحدود هستند.

پژوهشگران پس از آزمایش های مختلف دریافتند که دانه های بالگردی و چرخنده، به ویژه دانه های گیاه تریستلاتیا، بهترین عملکرد را دارند. دانه های بالدار این گیاه با باد حرکت کرده و در حالت چرخش به آرامی به سمت پایین حرکت می کنند. تیم پژوهشی مجموعه ای از میکروفلایرهای شبه تریستلاتیا از جمله نمونه ای با سه بال به جای پنج بال را ساختند. همچنین میکروفلایرها در اندازه های مختلف ساخته شدند، از جمله نمونه هایی بسیار کوچک به اندازه یک دانه شن (کوچک‌ترین نسخه 500 میکرومتر پهنا داشت). بر همین اساس، میکروفلایر را می توان کوچک‌ترین سازه پروازی جهان تا به امروز در نظر گرفت.

اندازه میکروفلایر در قیاس با مورچه

شبیه سازی های رایانه ای انجام شده نشان داد که هوا چگونه ممکن است در اطراف میکروفلایرها جریان یابد و تونل های باد تحت تاثیر قرار گرفتن آیرودینامیک به واسطه تغییرات طراحی، مانند تغییر در قطر، ساختار و نوع بال را مشخص می کردند. آزمایش ها نشان دادند که حرکت چرخشی عاملی کلیدی است زیرا به تثبیت و آرام بودن سقوط شی کمک می کند و به آن اجازه می دهد مسافت بیشتری را طی کند. همچنین، سقوط آرام به دستگاه اجازه می دهد تا مدت زمان طولانی‌تری وظایف نظارتی خود را هنگام حرکت در هوا انجام دهد.

وزن کم، یکی دیگر از مولفه های نزول کنترل شده موفق است. بدون حجم مناسب، میکروفلایر از کنترل خارج می شود و بدون مرکز ثقل پایین نمی تواند بچرخد. میکروفلایر دارای دو بخش بال و قطعات الکترونیکی است که بالاها در تماس با باد حرکتی چرخشی ایجاد کرده و بخش الکترونیکی با وزن بیشتر در مرکز و پایینتر از بال ها قرار می گیرد.

سه اندازه مختلف میکروفلایر روی پنل شیشه ای

دانلود فیلم

در آزمایش ها، مشخص شد که یک میکروفلایر پنج سانتیمتری قادر به نظارت بر ذرات معلق در هوا هنگام نزول آرام است. تیم پژوهشی دانشگاه نورث‌وسترن قصد دارد در آینده نسخه هایی برای نظارت بر کیفیت آب با حسگرهای pH و بررسی نور خورشید با تشخیص دهنده های نور را آزمایش کند. از کاربردهای عملی برای میکروفلایرها می توان به ردیابی نشت مواد شیمیایی یا نفت، آلودگی هوا در ارتفاعات مختلف و شاید حرکات انسان اشاره کرد.

البته پیامدهای اخلاقی و حقوقی این فناوری باید بررسی شود تا از سوء استفاده احتمالی مانند ردیابی مخفیانه افراد جلوگیری شود. همچنین، تیم پژوهشی از این واقعیت آگاه است که خود میکروفلایرها ممکن است به نوعی زباله یا آلاینده تبدیل شود. آنها در حال کار روی نسخه هایی هستند که در آب حل شده یا با گذشت زمان زیست تخریب‌پذیر باشند. همچنین، آنها در پی میکروفلایرهای قادر به پرواز فعال هستند که به طور قابل توجهی چالش برانگیزتر خواهد بود.

این پژوهش در نشریه Nature منتشر شده است. 

---------------------------------------------------------------------------

بیشتر بخوانید: 

*مینی ربات‌ها به جنگ سلول‌های سرطانی می‌روند

*تبدیل افکار به متن با یک ایمپلنت مغزی جدید (+فیلم)

*معرفی کوچک‌ترین تراشه قابل کاشت جهان در دانشگاه کلمبیا(+عکس)