NFC-Geräte unterstützte Micro Air Vehicles sind ein schickes Personal. Die Forscher arbeiten an der nächsten Phase eines dreijährigen Projekts zur Entwicklung eines Mikrogeräts. Das kann fliegen. Sammeln Sie Sensorwerte in der Umgebungsluft und übertragen Sie die Ergebnisse per Nahfeldkommunikation (NFC). NFC-Tag ist eine Art RFID-Tag. Das NFC-Gerät verfügt über spezielle Flügel und ein spezielles Design, um aus dem Flugzeug zu fallen und abzuheben.
Das Team
Im September veröffentlichten sie ihre erste von Experten begutachtete Arbeit zu diesem Thema in der Zeitschrift Nature 2021. Weitere Arbeiten sind in Arbeit und werden diesen Sommer in einem Folgepapier beschrieben. Das gesamte Sensorgerät ist mit Flossen ausgestattet, NFC-Software auf dem Chip (SOC) und Sensorik. Die Größe beträgt nur wenige Millimeter. Sie können andere drahtlose Technologien verwenden, um es auf die Größe von Sand zu reduzieren. Wenn das Etikett in den Luftstrom gelangt. Sein 3D-Flügel ermöglicht es ihm, mit dem Luftstrom in einer Kombination aus Rotation und Gleitbewegung zu treiben.
NFC-Mikroluftfahrzeug
Das Ziel des Teams besteht darin, eine batterielose Technologie zu entwickeln, die sich in der Umgebung verteilen kann, um Informationen von Umweltsensoren zu erfassen. Zum Beispiel Schadstoffe und Wetterbedingungen, beim Gleiten zur Erde. Mithilfe der NFC-Technologie können nach der Landung des Tags gesammelte Sensordaten erfasst werden. John Rogers, Professor für Bioelektronik an der Northwestern University. Und Co-Autor des Whitepapers, sagte, dass dies eine der einzigartigen Eigenschaften des Geräts sei. Es nutzt eine Reihe von Sensortechnologien zur Überwachung der physiologischen Parameter des menschlichen Körpers.
NFC-Gerät
In der Vergangenheit
Jahrzehnt oder länger, Forscher der Universität haben solche Biosensoren gebaut und getestet. Einschließlich kleiner Körperanpassungsgeräte oder Implantate, um den Bedürfnissen der Patienten gerecht zu werden, oder biologische Grundlagenforschung an Menschen oder Tieren. “We have a range of NFC devices,” Rogers said, die Sensordaten übermitteln und weiterleiten kann 13.56 MHz gemäß ISO 14443. Der Tag reagiert nicht nur auf die Übertragung vom Lesegerät. So wie es in den meisten Smartphones eingebaut ist, sondern übermittelt auch seine eigene eindeutige ID-Nummer und gesammelte Sensordaten.
Verfolgung
Bei der Verfolgung der körperlichen Verfassung, Etiketten und Sensoren können direkt in den menschlichen Körper implantiert oder auf der Haut befestigt werden. “In these cases, you don’t have to worry about dispersion – you just put them where you need them,” Rogers said. “The goal of our recent work is to raise the question. ‘ Is there a way to use the basis of technology and body integrated equipment to monitor health rather than environmental processes?'” he recalled the development of micro air vehicles.
John Rogers
Laut Rogers, Etiketten zur Umweltüberwachung müssen großflächig verteilt werden. “So that’s the question,” er sagte. “We tried to answer: „Was ist der Mechanismus der Diffusion?“?’ which led to the study of the aerodynamics of passive flight. Forscher wandten sich hilfesuchend an die Natur. Bis zu einem gewissen Grad, Sie simulieren ihre Forschung. Die Flügel der Ahornsamen fielen vom Baum und ließen sich vom Wind von den Zweigen wegtragen. Zusätzlich zur einfachen Verwendung eines Flügels verwendeten sie auch drei Flügel, um den passiven Flug in einer Hubschrauberkonfiguration mit dreidimensionaler Form zu steuern.
Integrierter Schaltkreis
Das Herzstück des Geräts ist ein integrierter Schaltkreis. Wenn das Mikroluftfahrzeug in die Luft fällt, Seine Flügel interagieren mit der Wasserströmung und erzeugen eine langsame und stabile Rotationsbewegung. Das Gewicht der elektronischen Ausrüstung verteilt sich in der Mitte des Mikroflugzeugs, um zu verhindern, dass es die Kontrolle verliert. Und chaotisch taumelnd. Es gibt keine Batterie, Die eingebaute Stromversorgung des Chips kann jedoch Umweltenergie aus Sonnenlicht sammeln und die gesammelten Sensordaten speichern.
Mini tag
Fotodiode
Die Fotodiode erzeugt einen Fotostrom, dessen Größe von der Belichtungsintensität abhängt. Der Strom lädt das Gerät so auf, dass die angesammelte Ladung die Spannung am Superkondensator auf dem Chip definieren kann. Gibt die Expositionsdosis an, Dies gibt Aufschluss über die Größe und Konzentration der Feinstaubpartikel in der Luft. Rogers sagte das, als er nach dem Tag gefragt wurde, Seine Reaktion erzeugte eine Reihe kumulativer Spannungen. Jedes entspricht einer Dosis unterschiedlicher Wellenlängen. “So indirectly,” er sagte, “it tells you the density and size of particles in the environment through spectral information.”
Sobald der Sensor landet
Es wartet auf die Datenübertragung. Rogers sagte, eine Möglichkeit, Daten zu sammeln, bestehe darin, niedrig fliegende UAVs zu verwenden, die mit ausgestattet sind NFC-Lesegeräte. Als das Etikett fällt, Die Drohne kann einen Bereich scannen, um die Tag-Daten zu lesen, und dann auf den Server hochladen. “Conceptually,” er erklärte, “you’re folding the amount of 3D data (captured when the label passes through the atmosphere) onto a 2D surface, and then you can scan it.”
Bisher, the test carried out in the NFC environment, not in the field. To test the device’s ability to capture particle data, the team used a dust generation chamber with incense sticks, smoke candles and corn starch. A series of four fans placed at the bottom of the chamber generate air flow, through which the micro air vehicle can slide.
The next stage
The next stage of development may involve outdoor testing of the equipment and further Wing Engineering. “We are studying different types of wing structures,” Rogers said. “Inspiration comes from different types of seeds.” He pointed out that there are more than one way to fly in nature. Zum Beispiel, while early research focused on helicopter motion during free fall, “you can imagine dandelions, parachute structures, and other types of gliders,” these are other potential ways to disperse sensors to the ground
Not the Only NFC
NFC is not the only way to capture data from a device. The team also explored the discoloration chemicals that can see by the cameras installed on the UAV. Zum Beispiel, yellow may indicate the detection of pollutants in the upper atmosphere. “Some of our work also focused on developing these colorimetric methods,” Rogers said. “We are looking for a variety of methods, each of which is suitable for different applications and has more possibilities for combination.” He added: “I think that in the end, digital wireless will be the only way to go.” specific data can collect through NFC technology, einschließlich der eindeutigen ID des Sensors und der übermittelten genauen Sensorergebnisse.
Eine biologisch abbaubare Version
Der Technologie kann entstehen, Aufbauend auf der Arbeit des Teams an temporären Implantaten auf Basis bioabsorbierbarer elektronischer Geräte. “We have a whole set of materials that can support complex forms of electronic products,” Rogers said. “But as a unique defining feature, it has the ability to dissolve in water.” In this work, Die Forscher arbeiteten mit einer kommerziellen Siliziumgießerei zusammen, um biologisch abbaubare integrierte Siliziumschaltkreise zu bauen, die prinzipiell NFC-Funktionen unterstützen können.
Auf Dauer
Rogers spekuliert, dass diese Geräte verschiedene Bedingungen überwachen können. Einschließlich Wettermuster, Austreten von Chemikalien und die Ausbreitung von Krankheitserregern oder Infektionskrankheiten. Zur selben Zeit, Das Team untersucht weiterhin den Luftstrom. Dies kann induziert werden, wenn die Markierung die obere Atmosphäre passiert. Blick nach vorn, Die Forscher hoffen, Kontakte zu Technologieunternehmen zu knüpfen, um den nächsten Entwicklungsschritt abzuschließen.
