用“沙粒大”的无人机追踪病原体

    据北美青年文化平台VICE报道，一项新的研究报告称，科学家正在研制一款人类有史以来的最小飞行装置，小到可以像植物种子一样乘风而行。

    VICE称，这些仿生机器人的大小和沙粒差不多，可以成群部署，应用范围广泛，如监测空气污染、跟踪疾病传播或收集科学数据。这些飞行器用可降解材料制成，不会污染环境。

    由美国西北大学材料科学系教授约翰·罗杰斯领导的团队，开发了这些微型无人机。清华大学官方网站称，清华大学航天航空学院教授张一慧也是该团队的一员。

    9月22日发表在《自然》杂志上的这项研究称，这种微型飞行器“在先进设备技术的空中传播方面建立了一套不同寻常的能力”，“可能提供更高的性能水平，超越在自然界中观察到的那些”。该文是当期《自然》杂志的封面文章。

    “植物有一些非常独特和创新的播种方法，可以利用被动的方式，即风和气流，以种子的形式传递它们的遗传物质。”罗杰斯在接受VICE采访时表示。

    “我们认为这可能是个有趣的方向，并提出这样的问题：植物种子的散布方式背后的基本物理概念是什么？我们能否利用这些概念，缩小尺寸，并将其应用于新兴的微型化电子产品？”他说。

    VICE称，罗杰斯和同事们正在全面研究自然界中的各式种子传播技术，从蒲公英式的“降落伞”到爪哇黄瓜使用的“滑翔机”，再到槐树种子的翅膀和旋转器。研究人员特别关注枫树或木本藤蔓散布的旋转的“直升机式”种子。

    这些“直升机”堪称大自然的杰作：它们从树端飘落，通过在风中旋转最大程度地延长滞空时间，能在无主动驱动力的情况下随风飞行几公里甚至更远。罗杰斯的团队设计了精巧的三维飞行器结构，模拟这种巧妙的方式。它的旋翼就像三叶草，每片叶片只有500微米（0.5毫米）长。

    VICE称，研究人员成功将飞行器缩小到了毫米级，比植物的种子小得多。科学家们甚至试图更进一步，但意料之外的麻烦随之而来。

    “当你把（飞行器的）尺寸缩小到1毫米以下时，空气动力学就开始崩溃了。”罗杰斯对VICE说。“在这个尺寸下，所有东西看起来都像一个球体。没有气流驱动的旋转运动。旋翼设计的所有优势在这个尺寸下都开始消失。”

    尽管如此之小，这款无人机仍能携带足够的控制元件、计算机芯片、电源和其他组件，比如可以与智能手机无线通信的天线，可以监测pH值、水质或太阳波长的环境传感器。这使得它的应用场景非常广阔。《自然》杂志称，它可以标记流行病的早期预警信号，或者在疫情的发展过程中进行追踪。由于足够微小、能随风飘荡，这款无人机非常适合监控那些同样靠气流传播的细菌和病毒。

    “我们对一种应用前景很感兴趣，那就是使用这些设备监测生物危害，比如病原体、气溶胶，以及你能想到的所有东西。”罗杰斯说。“这只是一个概念，但传感能力的增加将带来无限的可能性。我认为病原体监测是很有趣的用途，这是我们正在探索的方向。”

    见习编辑：袁野

综合编译 顾海波