Velikostí ho předčí i zrnko písku a tvarem připomíná vrtulník. Má tři miniaturní křidélka, která rotují ve větru podobně jako pampeliškový padáček nebo „nos“ z javoru. Je prošpikovaný senzory a umí monitorovat znečištění přírody, sledovat okolní populaci nebo šíření vzduchem přenosných nemocí. Nemá žádný motor, vědci ho prostě s velkou počáteční rychlostí vyhodí do vzduchu a nechají plachtit přes louky a sbírat data, dokud nedosedne na zem, kde se ekologicky rozloží. Řeč je o létajícím mikročipu s přezdívkou microflyer – nejmenším létajícím přístroji, který kdy lidstvo vyrobilo.
Zařízení vytvořil tým Johna A. Rogerse ze Severozápadní univerzity v Illinois a podle časopisu Nature umí plachtit ještě efektivněji než pravá semena. Létající mikročipy se skládají z milimetrového elektrického obvodu, senzorů a tří vrtulovitých křidélek, díky nimž se čip pomalu otáčí ve větru. V budoucnu je vědci vybaví škálou miniaturních vychytávek, jako je vlastní zdroj energie, antény pro bezdrátovou komunikaci nebo paměť na uložení nasbíraných dat. Pak budou miniaturní stroje například hlídat kvalitu ovzduší nebo postup šíření epidemií. Už teď umí změřit hladinu pH v prostředí, rozpoznají světlo a tmu nebo chemické složení svého okolí. Data odesílají například do smartphonu a nabíjí se díky fotovoltaickému článku.
Věda z lesa
Vědecký tým se, stejně jako u mnoha předchozích vynálezů lidstva, inspiroval v přírodě. Výzkumníci studovali let javorových nažek a hvězdicovitých semen rostlin rodu tristellateia. Pomocí laserové projekce pak zjistili, jak vytvarovat křidélka, kolik jich potřebují, jaký má být úhel náběhu, jak orientovat geometrii a rozložit váhu, aby zařízení létalo co nejpomaleji a nejlépe se ovládalo. Vyrobili několik prototypů se třemi křídly, které věrně kopírují tvar padáčku tristellateie. „Neobešlo se to bez pokusů a omylů,“ přiznává Yonggang Huang, který měl na starosti tuto část projektu. Výsledkem experimentů se stala zmiňovaná mini helikoptéra.
„Myslím, že jsme porazili přírodu,“ chlubí se Rogers v tiskové zprávě. „Alespoň v jistém smyslu jsme postavili přístroj, který padá se stabilnější trajektorií a jemnějším přistáním než semena srovnatelné velikosti. Také můžeme vyrobit mnohem menší vrtule, než jaké najdeme v přírodě. To je velmi důležité, protože v elektronice je miniaturizace trendem. Senzory, rádia, baterie… Vše se zmenšuje,“ vysvětluje vedoucí týmu. Rozměry létajících mikročipů se blíží svému spodnímu technickému limitu – kdyby byly ještě drobnější, zákony aerodynamiky už pro ně nebudou platit a začnou rotovat jako hozený míč, a navíc by již neunesly elektroniku.
Pomalé tempo je zase důležité pro delší interakci se vzduchem. Rogers vysvětluje, že takto mohou postupně měřit propustnost světla v atmosféře, úrovně vystavení UV záření nebo hladiny koncentrace chemických látek. „Naším cílem bylo naučit miniaturní elektronické systémy létat, abychom mohli vyrobit vysoce funkční, ale maličké elektronické přístroje, které budou snímat okolní prostředí,“ říká John A. Rogers. „Dokázali jsme to díky příkladu z přírodního světa. Během miliard let se přírodě povedlo vytvořit sofistikovanou aerodynamiku a my jsme si ten systém vypůjčili,“ dodává.
Kromě semen však vědce inspirovala ještě jedna netradiční věc – dětské leporelo, v němž se při listování obrázky zvedají ze stránek do 3D scén. Nejprve vytvořili plochý tvar mikročipu a pak ho připevnili ke gumovému podkladu. Díky němu na čipu „vyskočí“ prostorová křidélka. Tahle na první pohled malicherná schopnost materiálu se hodí především kvůli tomu, že všechny polovodičové součástky se vyrábí naplocho. Takto je lze velmi jednoduše převést do aerodynamického 3D tvaru a stále zachovat nejkvalitnější postup výroby samotného senzoru.
Úklid po katastrofě
Během pokusů vědci vypustili vrtulky, vybavili se zdrojem energie, externí pamětí, anténou a mobily. Strojkům dali za úkol změřit pH prostředí nebo vlnové délky světla. Rogers si představuje, že jednou jich vyhodí z letadla velké hejno například na místě ropné skvrny či úniku chemikálií, což by mohlo ukázat, nakolik jsou snahy o vyčištění oblasti úspěšné, nebo třeba v případech, jako byla otrava Bečvy, výrazně urychlit vyšetřování. Mikročipy pracují bezdrátově a zároveň se nedostanou nikam daleko mimo určenou oblast.
Ale nestane se pak z popadaných mikročipů také odpad znečišťující přírodu? Rogers říká, že ne. Jeho laboratoř vedle vrtulek vyrábí i biodegradovatelnou elektroniku, takže v momentě, kdy přístroje splní svou funkci, se na zemi jednoduše rozpustí ve vodě. Postupně se rozloží, až zcela zmizí. „Vyrábíme elektronické systémy na přechodnou dobu za pomoci rozložitelných polymerů, kompostovatelných vodičů a rozpustných integrovaných obvodů. Čipy se přirozenou cestou vstřebají do prostředí, protože při styku s vodou se rozpustí,“ říká Rogers. „Víme, že posbírat velké množství mikročipů by bylo složité, tak jsme vytvořili organicky vstřebatelnou variantu, která za sebou nezanechává žádné škody,“ vysvětluje.
Navzdory velkým plánům však mikročipy zůstávají ve fázi konceptu a nejsou ani zdaleka připraveny na misi v atmosféře. Vědecký tým však už plánuje další tvary a varianty biodegradovatelných mikročipů „Nepřemýšlíme o našich přístrojích jako o trvalém nástroji sledování, ale spíš jako o dočasném řešení konkrétních situací v omezeném časovém horizontu,“ říká Rogers webu Engadget. „Takto teď vidíme celou věc: Měsíc budete monitorovat, pak strojky vymřou, rozloží se a zmizí. Možná je budete muset doplnit podle potřeby.“
