投稿|Nature封面：史上最小人造飞行器，仅一粒沙子大小，能搭载复杂集成电路投稿

文｜学术头条，作者｜库珀、朱哼哼，编审｜王新凯

大家都见过成熟期的蒲公英种子，风一吹，这些种子就会随风飞扬扩散开来，能飘到更广阔的地方落地生根。
你有没有想过，如果这些种子换成微型传感器会有着怎样的有趣应用呢？
近日，来自美国西北大学 Querrey Simpson 生物电子研究所的 John A. Rogers 教授领导的研究团队，通过研究枫树和其他类型借风播散的种子，成功研发出迄今为止最小的微型飞行器。

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图 | 带有螺旋桨叶的 3D 微型飞行器（来源：美国西北大学）
该飞行器大小可小于 1mm，通过高处释放可以以受控的方式缓慢下落。这种微型飞行器非常稳定，且通过增加其与空气相互作用时间，能实现相当广阔的区域内扩散。同时，这种微型飞行器可以集成传感器、电源、无线通信、数据存储等工具，是监测空气污染以及空气传播疾病的理想选择。

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图 | 本期 Nature 封面（来源：Nature）
该研究以“Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds”为题，并以封面文章的形式发表在最新一期的 Nature 杂志上。
对此，Rogers 教授表示，“我们的目标是在小型电子系统中添加有翼飞行，因为这些功能将使我们能够分发功能强大的小型电子设备感知环境，以进行污染检测、人口监测或疾病跟踪。受生物世界的启发，我们成功做到了这一点。在数十亿年的过程中，大自然设计了具有非常复杂的空气动力学特性的种子，我们借鉴了这一理念，对其改造，并开发出了相应的电子电路平台” 。
奇妙的种子和空气动力学小时候，我们经常会看到，屋顶、瓦缝、光秃秃的悬崖上偶尔会长出一株株野草或苍劲挺拔的大树。这些植物是从哪里来的呢？
长大后，我们知道，植物为了繁殖后代往往会开花结果，而它们的果实和种子常常会借助自然界的风力、雨水以及人的活动等进行移动或漂流，从而四处安家，甚至在异国他乡落户。
其实自然界中，植物种子有各种形状大小，其中不少可利用风力传播，散播遗传物质繁殖种群。风力是最强大、应用最广泛的一种，在理想情况下，利用气流而优化的 3D 种子形状可以支持受控自由下落的稳定动力学，促进长达数百公里的运输。
植物学家根据分散载体对这些种子进行不同分类：降落伞形，如蒲公英（Taraxacum officinale）；滑翔机形，如翅葫芦（Alsomitra macrocarpa）；直升机形，如梣叶槭（Acer negundo）和大叶枫（Acer macrophyllum）；以及扑翼或飞旋形，如毛泡桐（Paulownia tomentosa）或臭椿（Ailanthus altissima）。
这些天然形成的各类种子形态，为设计功能性、有效载荷、空中分散的人造被动飞行器结构提供了灵感。
正如植物使用种子和被动机制传播遗传物质来繁殖一样，使用类似的方法分发微型电子传感器、无线通信节点、能量收集组件或各种物联网（IoT）器件，也可能带来有趣的技术应用，例如作为跟踪环境过程的监测器，作为指导修复工作的辅助工具，或作为支持分布式监测的组件。
从一颗种子到微电子飞行器长期以来，人类对飞行器的研究一直集中在主动系统上，例如4轴无人机，或受昆虫、鸟类启发的各种飞行器平台。这一类飞行器的优势在于，他们能够在环境中独立移动。