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. “Wir haben eine Reihe von NFC-Geräten,” sagte Rogers, 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 diesen Fällen, Sie müssen sich keine Sorgen um die Streuung machen – Sie platzieren sie einfach dort, wo Sie sie brauchen,” sagte Rogers. “Das Ziel unserer jüngsten Arbeit ist es, diese Frage aufzuwerfen. ‘ Gibt es eine Möglichkeit, die Basis von Technologie und körperintegrierter Ausrüstung zur Überwachung der Gesundheit anstelle von Umweltprozessen zu nutzen??'” er erinnerte an die entwicklung von mikroluftfahrzeugen.
John Rogers
Laut Rogers, Etiketten zur Umweltüberwachung müssen großflächig verteilt werden. “Das ist also die Frage,” er sagte. “Wir haben versucht zu antworten: „Was ist der Mechanismus der Diffusion?“?’ was zur Untersuchung der Aerodynamik des Passivfluges führte. 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. “Also indirekt,” er sagte, “Es verrät Ihnen anhand von Spektralinformationen die Dichte und Größe von Partikeln in der Umgebung.”
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. “Konzeptionell,” er erklärte, “Sie falten die Menge an 3D-Daten (erfasst, wenn die Markierung die Atmosphäre passiert) auf eine 2D-Oberfläche, und dann können Sie es scannen.”
Bisher, Der Test wurde in der NFC-Umgebung durchgeführt, nicht auf dem Feld. Um die Fähigkeit des Geräts zu testen, Partikeldaten zu erfassen, Das Team nutzte eine Staubkammer mit Räucherstäbchen, Rauchkerzen und Maisstärke. Eine Reihe von vier Ventilatoren, die am Boden der Kammer angebracht sind, erzeugen einen Luftstrom, durch die das Mikroluftfahrzeug gleiten kann.
Die nächste Stufe
Die nächste Entwicklungsstufe könnte das Testen der Ausrüstung im Freien und weitere Flügelkonstruktionen umfassen. “Wir untersuchen verschiedene Arten von Flügelstrukturen,” sagte Rogers. “Die Inspiration kommt von verschiedenen Samenarten.” Er wies darauf hin, dass es in der Natur mehr als eine Art zu fliegen gibt. Zum Beispiel, während sich frühe Forschungen auf die Bewegung von Hubschraubern während des freien Falls konzentrierten, “Sie können sich Löwenzahn vorstellen, Fallschirmstrukturen, und andere Arten von Segelflugzeugen,” Dies sind weitere mögliche Möglichkeiten, Sensoren auf dem Boden zu verteilen
Nicht das einzige NFC
NFC ist nicht die einzige Möglichkeit, Daten von einem Gerät zu erfassen. Das Team untersuchte auch die Verfärbungschemikalien, die von den auf dem UAV installierten Kameras sichtbar sind. Zum Beispiel, Gelb kann auf den Nachweis von Schadstoffen in der oberen Atmosphäre hinweisen. “Ein Teil unserer Arbeit konzentrierte sich auch auf die Entwicklung dieser kolorimetrischen Methoden,” sagte Rogers. “Wir suchen nach verschiedenen Methoden, Jedes davon eignet sich für unterschiedliche Anwendungen und bietet mehr Kombinationsmöglichkeiten.” Er fügte hinzu: “Das denke ich am Ende, Digitales WLAN wird der einzige Weg sein.” Durch die NFC-Technologie können bestimmte Daten erfasst werden, 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. “Wir verfügen über eine ganze Reihe von Materialien, die komplexe Formen elektronischer Produkte unterstützen können,” sagte Rogers. “Sondern als Alleinstellungsmerkmal, es hat die Fähigkeit, sich in Wasser aufzulösen.” In dieser Arbeit, 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.
