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風(fēng)力傳播種子激發(fā)飛行微裝置研發(fā)靈感 環(huán)境監(jiān)測再添一猛將
2021年09月24日 14:09:55
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：8702
受風(fēng)力傳播種子的啟發(fā)，美國西北大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種飛行裝置，未來可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測或通信。這種飛行裝置可以攜帶有源電子載荷，從而可在一定范圍建立無電池?zé)o線設(shè)備。該項(xiàng)成果在英國雜志《自然》上發(fā)表。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】植物種子有各種形狀和大小，其中降落傘形、撲翼或飛旋形、直升機(jī)形種子可利用風(fēng)力傳播，散播遺傳物質(zhì)擴(kuò)大種群繁殖。這些種子迎風(fēng)而起、隨風(fēng)而落，簡單的模式其實(shí)歷經(jīng)千萬年的自然選擇演化——能在無主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的情況下“與風(fēng)同行”幾公里甚至更遠(yuǎn)的距離，其中包含著特殊的幾何結(jié)構(gòu)與精妙的力學(xué)設(shè)計(jì)。
受風(fēng)力傳播種子的啟發(fā)，美國西北大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種飛行裝置，未來可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測或通信。這種飛行裝置可以攜帶有源電子載荷，從而可在一定范圍建立無電池?zé)o線設(shè)備。該項(xiàng)成果在英國雜志《自然》上發(fā)表。
風(fēng)力傳播種子給予微飛行器滯空能力提升突破的機(jī)會(huì)，即利用三維結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定性。這種精確的力學(xué)分析，能讓微電子器件在飛行和下落中都不會(huì)損壞，保證了其未來集成電子系統(tǒng)在空中工作的能力。
該飛行裝置大小包括從小于1毫米的微型到大于1毫米的大型。研究人員通過多次模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，改變包括飛行器直徑、結(jié)構(gòu)和翼型等在內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以此改變空氣動(dòng)力學(xué)影響。此外，研究人員仿照直升機(jī)型和飛旋形種子，在旋轉(zhuǎn)過程中加強(qiáng)了裝置的穩(wěn)定性。這些細(xì)小設(shè)計(jì)可以集成簡單電子器件，其中包含檢測空氣顆粒物的電路。
該微型飛行器優(yōu)勢突出，作用多樣。例如，驅(qū)動(dòng)微飛行器在空氣中具有良好滯空性的，可以在飛行器上集成電子電路功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)空氣污染物監(jiān)測等功能。除此之外，它還可以像植物種子一樣廣泛播撒，有望成為物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建具有空間深度與時(shí)間廣度的低成本實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，助力未來疫情監(jiān)測與病毒防控。值得一提的是，該類微飛行器在空氣中下落速度約0.28m/s，非常緩慢，只有雪花平均下落速度的1/8左右，緩慢下降速度和下落模式為其提供了較好的飛行穩(wěn)定性。
環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的重要基礎(chǔ)更是環(huán)境管理的基本手段，監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、科學(xué)、及時(shí)關(guān)系到整個(gè)環(huán)境監(jiān)測甚至環(huán)境保護(hù)工作的成敗。目前，環(huán)境監(jiān)測儀器產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游硬件、軟件、檢測試劑，中游監(jiān)測儀器、監(jiān)測系統(tǒng)，下游儀器維護(hù)、設(shè)備運(yùn)營。近年來，現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建成為熱點(diǎn)，地下水監(jiān)測、海洋監(jiān)測、農(nóng)村監(jiān)測、溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)正在建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)大氣超級(jí)站、衛(wèi)星遙感、水環(huán)境等自動(dòng)檢測數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建統(tǒng)一的國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。而微型飛行裝置的問世，恰好完善動(dòng)態(tài)監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)。
下一步，研究人員將基于互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的各種技術(shù)，理解飛行器在風(fēng)中會(huì)有怎樣的行為，以及降落傘形和滑翔機(jī)形飛行器表現(xiàn)如何進(jìn)行深入研究。
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