Científicos inventan microchip con alas

Un microchip con alas, del tamaño de un grano de arena, se ha convertido en el dispositivo más pequeño con capacidad de volar fabricado por el ser humano.

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 un árbol de arce, y gira como la hélice de 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, cuando se deja caer a gran altura, caiga a una velocidad lenta y 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.

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 Nature.

“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.

La mayoría de la gente ha visto la semillas aladas 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 los 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 en forma lenta y controlada, de modo que puedan interactuar con los patrones de viento durante el espacio de tiempo más largo posible. Esta característica maximiza la distribución lateral a través de mecanismos aerotransportados puramente pasivos”.

Para diseñar los microfliers, el equipo de Northwestern 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.

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.

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

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