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未来可应用于环境监测 「飞行微装置问世」受种子启发的飞行微装置问世

英国《自然》杂志日发表一项工程学突破 ， 包括美国西北大学科学家在内的研究团队研发了一种飞行装置 ， 其受到风力传播的植物种子启发 ， 未来可应用于环境监测或通信 。这种飞行装置可以携带有源电子载荷 ， 从而可在一定范围建立无电池无线设备 。
植物种子有各种形状和大小 ， 其中一些可利用风力传播 ， 散播遗传物质扩大种群繁殖 。这些种子形状可分为四类：降落伞形 ， 如蒲公英;滑翔机形 ， 如翅葫芦;直升机形 ， 如梣叶槭和大叶枫;扑翼或飞旋形 ， 如毛泡桐或臭椿 。
受风力传播种子的启发 ， 包括美国西北大学研究人员约翰罗杰斯在内的科学家们 ， 此次设计了一系列飞行器 ， 大小从微型(小于1毫米)到大型(大于1毫米) 。他们使用模拟和风洞实验 ， 研究了改变设计参数(如飞行器直径、结构和翼型)的空气动力学影响 。在直升机型和飞旋形种子中 ， 旋转行为加强了这些装置的稳定和飞行行为 。这些设计可以集成简单电子器件 ， 其中一例包含有一个检测空气颗粒物的电路 。
研究团队表示 ， 这类在空气中具有良好滞空的、以风为动力的被动驱动微飞行器 ， 可以成功地在飞行器上集成电子电路功能模块 ， 从而实现空气污染物监测等功能 。该类微飞行器在空气中还具有非常缓慢的下落速度约0.28m/s ， 只有雪花均下落速度的1/8左右 ， 而且微飞行器的旋转下落模式为其提供了较好的飞行稳定 。除此之外 ， 它还可以像植物种子一样广泛播撒 ， 有望成为物联网的节点 ， 构建具有空间深度与时间广度的低成本实时监测系统 ， 助力未来监测与防控 。
【未来可应用于环境监测 「飞行微装置问世」受种子启发的飞行微装置问世】同时发表的新闻与观点文章中 ， 美国康奈尔大学科学家E法里尔赫尔博灵写道：这些装置可以构成动态传感器网络 ， 用于环境监测、无线通信节点 ， 或基于互联网连接设备网络即物联网的各种技术 。赫尔博灵补充说 ， 需要做进一步工作 ， 以理解飞行器在风中会有怎样的行为 ， 以及其他设计(降落伞形和滑翔机形飞行器)表现如何 ， 但她认为目前的成果为增进飞行器能力铺了道路 。(采访人员张梦然)
总编辑圈点
某些植物种子迎风而起、随风而落 ， 简单的模式其实历经千万年的自然选择演化能在无主动驱动力的情况下与风同行几公里甚至更远的距离 ， 其中包含着特殊的几何结构与精妙的力学设计 。借由这种原理 ， 工程师们获得了微飞行器滞空能力提升的灵感 ， 即利用三维结构保持稳定 。这种精确的力学分析 ， 能让微电子器件在飞行和下落中都不会损坏 ， 保证了其未来集成电子系统在空中工作的能力 。

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