受樹葉啟發的摺紙”微型飛行器”隨需改變形狀從而可轉變飛行方式
如果你想通過無人機將環境傳感器投放到大範圍區域,你肯定不希望它們都落在同一個地方。為了避免這種情況發生,華盛頓大學的科學家們製作了微小的摺紙”微型飛行器”。每個微型飛行器只有一張大郵票大小,重僅414 毫克,有一個扁平、靈活的方形主體,上面連接著各種電子元件。後者包括微控制器、藍牙芯片、太陽能收集電路和壓力傳感器等。
更重要的是,每個飛行器的機身都採用了一種名為”三浦織”(Miura-ori)的樹葉式摺紙結構,其折疊方式可以讓飛行器在兩種狀態/形狀之間來回彈跳,時間僅需25 毫秒。
當身體被簡單地折疊成平面時,微型飛行器會在空中混亂地翻滾,就像榆樹葉一樣。這種”飛行模式”使它在下落過程中能夠覆蓋很長的水平距離–如果在微風中從40 米(131 英尺)的高度落下,它的飛行距離可達98 米(322 英尺)。
然而,當微型飛行器的身體向內折疊時,它就會緩緩地直落下來,姿態又更像一片楓葉。因此,通過讓一批投放的微型飛行器在不同時間從一種狀態切換到另一種狀態,可以讓一些飛行器飛向投放區域的兩側,而另一些則飛向投放區域的中心。
每個裝置通過板載電磁致動器改變狀態,而壓力傳感器(達到一定高度時)、藍牙芯片(收到激活信號時)或微控制器中的定時器又會觸發電磁致動器。藍牙芯片還可以傳輸記錄的數據。
每個微型飛行器僅重414 毫克馬克-斯通/華盛頓大學
重要的是,所有電子設備都由太陽能電路供電,無需電池。此外,還可以添加各種環境傳感器。
首席科學家維克拉姆-艾耶(Vikram Iyer)教授告訴我們:”我們的微型熒光粉可以用來監測溫度、光照條件或其他環境因素在它們下降時在大氣層中的變化情況。部署成群的這種微型飛行器可以幫助研究人員描繪正在發生的事情,應用領域包括數字農業和監測氣候變化。”
伊耶爾還表示,雖然目前的原型還不能生物降解,但該團隊正在努力開發可以生物降解的微型飛行器–這樣它們就不會在部署後無限期地停留在環境中。
您可以在下面的視頻中看到飛行器的飛行過程。有關這項研究的論文最近發表在《科學機器人學》(Science Robotics)雜誌上。