Los ingenieros de la Northwestern University detallaron el primer diseño de microfiltro sin batería. Un artículo publicado en Nature esta semana describe el proceso de investigación y desarrollo de lo que se anuncia como las estructuras voladoras más pequeñas hechas por el hombre, que están planeadas para funcionar eventualmente como «grandes colecciones distribuidas de dispositivos electrónicos inalámbricos miniaturizados», o enjambres de benefactores. Están diseñados para poder transportar datos, escanear su entorno y también proporcionar comunicación inalámbrica.
Los usos potenciales de estos enjambres son casi infinitos: monitoreo de la calidad del aire (y la posible interacción con formaciones meteorológicas), control de la propagación de enfermedades transmitidas por el aire, dispersión automatizada de semillas para la agricultura, monitoreo no intrusivo de la vida silvestre, soluciones de detección desde explosivos hasta aplicación de la ley, como sistemas masivos de dispersión de datos … o como mecanismos y herramientas de vigilancia masiva para la guerra biológica directamente de una película de Bond.
Como el tiempo y la historia nos han demostrado, mientras que la tecnología a menudo se considera de naturaleza neutral; su uso humano es otro asunto. Los escenarios apocalípticos para la tecnología maravillosa son ciertamente fáciles de imaginar, como ya lo ha hecho Black Mirror con un concepto similar.
Pero el lado positivo de estas imaginaciones es que nos muestran exactamente qué evitar en nuestra interacción con la tecnología, para que podamos ver sus ventajas.
El diseño impotente de los microchips se inspiró en las semillas de la hélice en caída libre del árbol de arce, la fruta de sámara. Estos chips no tienen impulsores controlables ni nada de eso. En cambio, los pequeños componentes electrónicos son movidos y sostenidos por corrientes de aire solo por la física. Podría ser más exacto llamarlos planeadores en lugar de microfliers, pero no somos investigadores del Noroeste.
«A medida que estas estructuras caen por el aire, la interacción entre el aire y las alas provoca un movimiento de rotación que crea una tasa de caída muy lenta y muy estable», dijo John A. Rogers, uno de los ingenieros detrás de los dispositivos.
Las optimizaciones para los microfliers se realizaron a través del modelado por computadora, buscando el diseño correcto que les permitiera caer lentamente y dispersarse ampliamente. “El modelado por computadora permite una rápida optimización del diseño de las estructuras de las moscas que produce la velocidad terminal más baja”, dijo Yonggang Huang, quien creó los modelos por computadora. «Esto es imposible con experimentos de prueba y error».
Para los pilotos reales, los ingenieros primero crearon una base plana 2D donde están contenidos todos los componentes electrónicos. El contenido electrónico aquí se puede personalizar, empaquetado con tecnología ultraminiaturizada, incluidos sensores, fuentes de alimentación, antenas para comunicación inalámbrica y memoria incorporada para almacenar datos. Esto es particularmente importante para las capacidades de fabricación en masa: los procesos planos son el pan y la mantequilla de la industria de fabricación de semiconductores. “Esta estrategia de construir estructuras 3D a partir de precursores 2D es poderosa porque todos los dispositivos semiconductores existentes están construidos en diseños planos”, dijo Rogers. “De este modo, podemos aprovechar los materiales y métodos de fabricación más avanzados utilizados por la industria de la electrónica de consumo para realizar diseños totalmente estandarizados, planos y similares a chips. Así que los convertimos en formas voladoras en 3D con principios similares a los de un libro emergente. «
El microflier completo, sacado directamente de un libro emergente. (Crédito de la imagen: NorthWestern University)
Luego, la base se une a «un sustrato de caucho ligeramente estirado», que cuando se relaja, inicia «un proceso de pandeo controlado (…) que hace que las alas» reboten «en formas tridimensionales definidas con precisión». Los microfiltros deben lanzarse al aire; cuanto más alto se haga, mayor será su potencial de dispersión. Y cuanto más lento caigan los microfliers, más podrán dispersarse también desde el punto de liberación. Por tanto, incrementar el tiempo de vuelo era uno de los principales objetivos de los ingenieros.
«Creemos que hemos vencido a la naturaleza», dijo Rogers. «Al menos en el sentido estricto de que hemos podido construir estructuras que caen con trayectorias más estables, y a velocidades terminales más lentas que las semillas equivalentes que verías en plantas o árboles».
Sin embargo, si este tipo de tecnología se lleva más allá y entra en uso activo, ¿qué pasa con todos los desechos electrónicos? ¿Deberían las nubes, los enjambres de estas microfliers simplemente caer al suelo y aplastarse bajo nuestras zapatillas de deporte mientras corremos hacia el metro? Bueno, resulta que la Universidad de Notrtwestern también ha investigado sobre la electrónica transitoria, la electrónica que es biodegradable por naturaleza una vez que ha terminado su uso previsto.
“Fabricamos estos sistemas electrónicos físicamente transitorios utilizando polímeros degradables, conductores compostables y chips de circuitos integrados solubles que se desvanecen naturalmente en productos finales benignos para el medio ambiente cuando se exponen al agua”, dijo Roger. “Reconocemos que recuperar grandes colecciones de microfliers puede resultar difícil. Para abordar esta preocupación, estas versiones reabsorbibles ambientalmente se disuelven de forma natural e inofensiva. »
