المركبات الهوائية الصغيرة المدعومة بجهاز NFC هي فريق عمل فاخر. ويعمل الباحثون على المرحلة التالية من مشروع مدته ثلاث سنوات لإنشاء جهاز صغير. يمكن أن يطير. جمع قراءات أجهزة الاستشعار في الهواء المحيط ونقل النتائج من خلال الاتصال قريب المدى (NFC). علامة NFC هي نوع من علامة RFID. يتمتع جهاز NFC بأجنحة وتصميم خاص للسقوط من الطائرة والإقلاع.
الفريق
نشروا أول ورقة بحثية تمت مراجعتها من قبل النظراء حول هذا الموضوع في مجلة Nature في سبتمبر 2021. هناك المزيد من العمل جارٍ وسيتم وصفه في ورقة متابعة هذا الصيف. جهاز الاستشعار بأكمله مزود بزعانف, برنامج NFC على الشريحة (شركة نفط الجنوب) وتكنولوجيا الاستشعار. الحجم هو بضعة ملليمترات فقط. يمكنك اختيار استخدام تقنيات لاسلكية أخرى لتقليل حجمها إلى حجم الرمال. عندما يتم إطلاق العلامة في تدفق الهواء. يسمح جناحها ثلاثي الأبعاد بالانجراف مع تدفق الهواء في مزيج من حركة الدوران والانزلاق.
مركبة جوية صغيرة بتقنية NFC
هدف الفريق هو تصميم تقنية خالية من البطاريات يمكنها الانتشار في البيئة لالتقاط معلومات أجهزة الاستشعار البيئية. مثل الملوثات وأنماط الطقس, عندما ينزلق على الأرض. يمكن استخدام تقنية NFC لالتقاط بيانات المستشعر المتراكمة بعد وصول العلامة. جون روجرز, أستاذ الإلكترونيات الحيوية في جامعة نورث وسترن. وشارك في تأليف الورقة البيضاء, قال أن إحدى الميزات الفريدة للجهاز هي ذلك. ويستخدم مجموعة من تكنولوجيا الاستشعار لمراقبة المعلمات الفسيولوجية لجسم الإنسان.
جهاز إن إف سي
على الماضي
عقد من الزمان أو أكثر, يقوم الباحثون في الجامعة ببناء واختبار أجهزة الاستشعار الحيوية هذه. بما في ذلك أجهزة تكييف الجسم الصغيرة أو الغرسات لتلبية احتياجات المرضى, أو البحوث البيولوجية الأساسية على البشر أو الحيوانات. “لدينا مجموعة من أجهزة NFC,” قال روجرز, والتي يمكنها نقل وإعادة توجيه بيانات الاستشعار في 13.56 ميجاهرتز وفقًا لمعايير ISO 14443. العلامة لا تستجيب فقط للإرسال من القارئ. مثل تلك المضمنة في معظم الهواتف الذكية, ولكنه ينقل أيضًا رقم المعرف الفريد الخاص به وبيانات الاستشعار المجمعة.
تتبع
عند تتبع الظروف المادية, يمكن زرع الملصقات وأجهزة الاستشعار مباشرة في جسم الإنسان أو لصقها على الجلد. “في هذه الحالات, لا داعي للقلق بشأن التشتت – أنت فقط تضعهم في المكان الذي تحتاجه,” قال روجرز. “الهدف من عملنا الأخير هو إثارة هذا السؤال. ‘ هل هناك طريقة لاستخدام أساس التكنولوجيا ومعدات الجسم المتكاملة لمراقبة العمليات الصحية بدلاً من العمليات البيئية?'” وأشار إلى تطوير المركبات الجوية الصغيرة.
جون روجرز
وفقا لروجرز, يجب توزيع ملصقات الرصد البيئي على نطاق واسع. “هذا هو السؤال,” هو قال. “حاولنا الإجابة: "ما هي آلية الانتشار."?’ مما أدى إلى دراسة الديناميكا الهوائية للطيران السلبي. تحول الباحثون إلى الطبيعة طلبا للمساعدة. إلى حد ما, إنهم يحاكيون أبحاثهم. سقطت أجنحة بذور القيقب من الشجرة، فحملتها الريح بعيدًا عن الأغصان. بالإضافة إلى استخدام جناح واحد فقط، فقد استخدموا أيضًا ثلاثة أجنحة لتوجيه الطيران السلبي في تكوين طائرة هليكوبتر ذات شكل ثلاثي الأبعاد.
الدائرة المتكاملة
مركز الجهاز عبارة عن دائرة متكاملة. عندما تسقط السيارة الهوائية الصغيرة في الهواء, تتفاعل أجنحتها مع تدفق الماء لإنتاج حركة دورانية بطيئة ومستقرة. يتم توزيع وزن المعدات الإلكترونية في وسط الطائرة الصغيرة لمنعها من فقدان السيطرة. وتعثر بطريقة فوضوية. لا توجد بطارية, لكن مصدر الطاقة المدمج في الشريحة يمكنه جمع الطاقة البيئية من ضوء الشمس وتخزين بيانات المستشعر المجمعة.
يوم صغير
الثنائي الضوئي
يقوم الثنائي الضوئي بتوليد تيار ضوئي يرتبط حجمه بكثافة التعرض. يقوم التيار بشحن الجهاز بطريقة تمكن الشحنة المتراكمة من تحديد الجهد الكهربي على المكثف الفائق الموجود على الشريحة. مما يدل على جرعة التعرض, مما يدل على حجم وتركيز الجسيمات في الهواء. قال روجرز ذلك عندما سئل عن العلامة, أنتجت استجابتها مجموعة من الفولتية التراكمية. كل منها يتوافق مع جرعة من الأطوال الموجية المختلفة. “ذلك بشكل غير مباشر,” هو قال, “يخبرك بكثافة وحجم الجزيئات الموجودة في البيئة من خلال المعلومات الطيفية.”
بمجرد هبوط المستشعر
وينتظر نقل البيانات. وقال روجرز إن إحدى طرق جمع البيانات هي استخدام طائرات بدون طيار تحلق على ارتفاع منخفض ومجهزة بـ قارئات NFC. كما تقع العلامة, يمكن للطائرة بدون طيار مسح منطقة لقراءة بيانات العلامة, ومن ثم تحميله على الخادم. “من الناحية المفاهيمية,” أوضح, “أنت تقوم بطي كمية البيانات ثلاثية الأبعاد (يتم التقاطها عندما تمر العلامة عبر الغلاف الجوي) على سطح ثنائي الأبعاد, وبعد ذلك يمكنك مسحه ضوئيًا.”
بعيد جدا, تم إجراء الاختبار في بيئة NFC, ليس في الميدان. لاختبار قدرة الجهاز على التقاط بيانات الجسيمات, استخدم الفريق غرفة توليد الغبار بعصي البخور, شموع الدخان ونشا الذرة. سلسلة من أربعة مراوح موضوعة في الجزء السفلي من الغرفة تولد تدفق الهواء, والتي من خلالها يمكن للمركبة الهوائية الصغيرة أن تنزلق.
المرحلة القادمة
قد تتضمن المرحلة التالية من التطوير اختبارًا خارجيًا للمعدات والمزيد من هندسة الجناح. “نحن ندرس أنواعًا مختلفة من هياكل الأجنحة,” قال روجرز. “الإلهام يأتي من أنواع مختلفة من البذور.” وأشار إلى أن هناك أكثر من طريقة للطيران في الطبيعة. فمثلا, بينما ركزت الأبحاث المبكرة على حركة طائرات الهليكوبتر أثناء السقوط الحر, “يمكنك أن تتخيل الهندباء, هياكل المظلة, وأنواع أخرى من الطائرات الشراعية,” هذه طرق أخرى محتملة لتوزيع أجهزة الاستشعار على الأرض
ليس NFC الوحيد
NFC ليست الطريقة الوحيدة لالتقاط البيانات من الجهاز. واستكشف الفريق أيضًا المواد الكيميائية التي تغير اللون والتي يمكن رؤيتها من خلال الكاميرات المثبتة على الطائرة بدون طيار. فمثلا, أما اللون الأصفر فقد يشير إلى اكتشاف ملوثات في الغلاف الجوي العلوي. “ركزت بعض أعمالنا أيضًا على تطوير هذه الأساليب اللونية,” قال روجرز. “نحن نبحث عن مجموعة متنوعة من الأساليب, كل منها مناسب لتطبيقات مختلفة ولديه المزيد من الإمكانيات للجمع.” وأضاف: “أعتقد ذلك في النهاية, سيكون الاتصال اللاسلكي الرقمي هو السبيل الوحيد للذهاب.” يمكن جمع بيانات محددة من خلال تقنية NFC, بما في ذلك المعرف الفريد للمستشعر ونتائج المستشعر الدقيقة المرسلة.
نسخة قابلة للتحلل البيولوجي
من التكنولوجيا قد تظهر, بناءً على عمل الفريق في عمليات زرع مؤقتة تعتمد على الأجهزة الإلكترونية القابلة للامتصاص الحيوي. “لدينا مجموعة كاملة من المواد التي يمكنها دعم الأشكال المعقدة من المنتجات الإلكترونية,” قال روجرز. “ولكن باعتبارها ميزة محددة فريدة من نوعها, فهو يمتلك القدرة على الذوبان في الماء.” في هذا العمل, عمل الباحثون مع مسبك سيليكون تجاري لبناء دوائر متكاملة من السيليكون قابلة للتحلل, والتي يمكن أن تدعم وظائف NFC من حيث المبدأ.
على المدى البعيد
ويتوقع روجرز أن هذه الأجهزة يمكنها مراقبة الحالات المختلفة. بما في ذلك أنماط الطقس, الانسكابات الكيميائية وانتشار مسببات الأمراض أو الأمراض المعدية. في نفس الوقت, ويواصل الفريق دراسة تدفق الهواء. والتي قد تحدث عندما تمر التسمية عبر الغلاف الجوي العلوي. نتطلع إلى الأمام, ويأمل الباحثون في إقامة اتصالات مع شركات التكنولوجيا لاستكمال الخطوة التالية من التطوير.
