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清华航院张一慧课题组合作研制出仿风传种子三维微电子飞行器
2021/9/27 7:59:15     

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【产通社,9月27日讯】清华大学新闻中心(Tsinghua University News Center)官网消息,传统微型飞行器通常使用扑翼、旋翼或喷气的主动驱动方式作为飞行动力,需要较大的能量供给,主动驱动组件结构复杂,小型化难度大、难以长续航。风传种子历经演化,可在无主动驱动力的情况下,被动地随风飞行几公里甚至更远。

清华大学张一慧课题组与美国西北大学约翰?罗杰斯(John A. Rogers)、黄永刚课题组、伊利诺伊大学香槟分校莱昂纳多·查莫罗(Leonardo P. Chamorro)课题组合作,以风传种子为灵感,设计了一种屈曲力学组装的三维微电子飞行器,实现了微电子器件被动、长时间、远距离飞行。

课题组采用2015年合作提出的屈曲力学引导的三维组装,将二维前驱体结构选择地粘接在预拉伸基底,释放预应变实现结构的压缩屈曲,完成二维到三维构型的转变。通过有限元模拟设计一系列精巧的三维飞行器结构,解决了结构重量问题。通过流体力学模拟了二维结构下落中的翻转、颤动过程以及风传种子三维结构在下落过程中的稳定性,建立了流固耦合理论模型,揭示了旋落过程的运动机理,实现了长时间滞空。

基于理论研究与结构设计,利用有限元模拟电子系统的组装过程。在飞行结构上集成微电子器件,包含天线、微控制芯片和紫外传感器。高空释放后,可对空气污染物长时实时监测。集成不同芯片,有望实现城市传染病病原体分布监测等。其可成为未来飞行器“物联网”节点,助力疫情监测与防控。

研究成果于9月22日在《自然》(Nature)期刊以长文形式发表,题目《受风传种子启发的三维电子微型飞行器》(Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds),为同期的封面文章。

清华大学张一慧教授、美国西北大学约翰?罗杰斯院士、美国伊利诺伊大学香槟分校莱昂纳多·查莫罗副教授和美国西北大学黄永刚院士为该文章的共同通讯作者。韩国崇实大学助理教授金奉勋(Bong Hoon Kim)、剑桥大学博士后厉侃(清华大学钱学森力学班毕业)、美国西北大学博士后金镇泰(Jin-Tae Kim)和朴尹锡(Yoon seok Park)为文章的共同第一作者。清华大学张一慧组博士后宋洪烈参与了此项研究,为本文的共同作者之一。该研究成果得到了国家自然科学基金委原创探索计划项目、国家自然科学基金委创新研究群体等项目的资助。

查询进一步信息,请访问官方网站http://www.tsinghua.edu.cn/info/1181/87304.htm,以及http://www.nature.com/articles/s41586-021-03847-y
。(张嘉汐,产通发布)    (完)
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