Ingenieros de la Universidad de Northwestern, en Estados Unidos, han añadido recientemente una nueva capacidad a los microchips electrónicos al crear el dispositivo volador más pequeño fabricado por el ser humano.

Y no tiene motor. En su lugar, vuela con el viento -como la semilla de una hélice de arce- y gira como un helicóptero por el aire hacia el suelo.

Los ingenieros han optimizado la aerodinámica del aparato para que descienda a baja velocidad cuando se deja caer a gran altura. Eso estabiliza su vuelo, asegura la dispersión en una amplia zona y aumenta el tiempo de interacción con el aire, lo que lo hace ideal para inspeccionar el entorno.

Además, estos microvoladores pueden llevar tecnología ultraminiaturizada, como sensores, fuentes de energía, antenas para la comunicación inalámbrica y memoria integrada para almacenar datos.

“Nuestro objetivo era añadir el vuelo alado a los sistemas electrónicos a pequeña escala, con la idea de que estas capacidades nos permitieran distribuir dispositivos electrónicos miniaturizados muy funcionales para detectar el entorno con el fin de controlar la contaminación, vigilar a la población o rastrear enfermedades”, explica a Metro John A. Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales de la Universidad Northwestern y autor principal de la investigación.

Estos microchips se inspiran en la naturaleza, especialmente en las semillas, que tienen una aerodinámica muy específica que les permite desplazarse hacia el suelo en una caída controlada por el viento.

Para diseñar los microvoladores, el equipo estudió la aerodinámica de varias semillas de plantas, inspirándose directamente en la Tristellateia, una enredadera con semillas en forma de estrella que atrapan el viento para caer con un giro lento y rotatorio.

“A lo largo de miles de millones de años, la naturaleza ha diseñado semillas con una aerodinámica muy sofisticada. Tomamos prestados esos conceptos de diseño, los adaptamos y los aplicamos a plataformas de circuitos electrónicos”, añadió Rogers.

Rogers y su equipo diseñaron y construyeron muchos tipos diferentes de microvoladores, incluido uno con tres alas. Para determinar la estructura más adecuada, Yonggang Huang, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad Northwestern, realizó un modelo computacional a escala real de cómo fluye el aire alrededor del dispositivo para imitar la rotación lenta y controlada de la semilla de tristelato.

Según Huang, el modelado computacional permitió optimizar rápidamente el diseño de las estructuras de vuelo, lo que “es imposible con los experimentos de ensayo y error”, afirmó.

Así crearon estructuras que pueden formarse en una amplia variedad de tamaños y formas, algunas de ellas con propiedades que pueden competir con la naturaleza o superarla.

“Creemos que hemos vencido a la naturaleza”, concluyó Rogers. “Al menos en el sentido estricto de que hemos sido capaces de construir estructuras que caen con trayectorias más estables y a velocidades terminales más lentas que las semillas equivalentes que se verían en plantas o árboles”.

Usos del microchip alado

-Formación de la base de futuros sistemas de control ambiental.

-Seguimiento de la población.

-Gestión de enfermedades.

-Otras aplicaciones que requieren una cobertura a gran escala.

“El modelo computacional permite una rápida optimización del diseño de las estructuras de vuelo que produce una menor velocidad terminal”.

—  Yonggang Huang, catedrático de ingeniería mecánica, civil y medioambiental de la Universidad Northwestern de EE.UU

Así funciona el microchip alado

3 preguntas a…

John A. Rogers,
profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad Northwestern, EE.UU.

P: ¿Cómo se le ocurrió la idea de crear un microchip alado?

- Llevamos algún tiempo trabajando en el desarrollo de pequeños dispositivos inalámbricos que interactúan con el cuerpo humano para controlar el estado de salud. Apreciamos el potencial de utilizar versiones adaptadas de estas tecnologías para vigilar el medio ambiente, pero necesitábamos una forma de dispersarlos en grandes áreas. Los medios aéreos de dispersión parecían una opción natural, y la bioinspiración surgió al considerar los mecanismos pasivos de dispersión de semillas con ayuda del viento que utilizan los árboles y las plantas.

P: ¿Cómo funciona?

- Utilizamos corrientes de aire pasivas, como los árboles. Nuestro particular diseño de las alas da lugar a un movimiento rotativo, similar al de un helicóptero, que crea una velocidad de caída muy lenta y una trayectoria recta. De este modo, nuestros sensores pueden interactuar con el aire durante largos periodos de tiempo, y pueden flotar en el viento.

P: ¿Cómo podrían utilizarse?

- El sistema de microchips de nuestro trabajo mide la intensidad de la luz solar y correlaciona la medición con el nivel de contaminación por partículas en el aire.  Contiene un sensor, una fuente de energía solar, una radio y una antena. Creemos que las aplicaciones en la vigilancia del medio ambiente son las más importantes, ya sea del aire o del suelo. Contaminación, agentes patógenos en el aire, propagación de enfermedades, etc.  También la contaminación por metales pesados de las aguas subterráneas, etc. Nuestro primer trabajo demuestra los conceptos, y ahora estamos trabajando para estas y otras aplicaciones.