28 de Septiembre de 2021
Ingeniería ambiental

Microchips alados que se dispersan como semillas

Estos pequeños sensores podrían recopilar y transmitir datos ambientales a medida que se desplazan por el aire.

Microvolador junto a una mariquita. [Universidad Noroccidental de EE.UU.]

Cuando termina la primavera, los arces comienzan a desprender semillas que revolotean desde las ramas y acaban aterrizando suavemente en el suelo. Inspirados en la aerodinámica de estas y otras semillas de árboles, un equipo de ingenieros afirma haber creado las máquinas voladoras más pequeñas jamás fabricadas. Los autores las han denominado «microvoladores».

Las versiones más grandes de estos dispositivos alados, también conocidas como «mesovoladores» o «macrovoladores», tienen unos dos milímetros de longitud, aproximadamente como una mosca de la fruta. Los microvoladores tienen tan solo una cuarta parte de ese tamaño. Eso los hace lo suficientemente pequeños como para desplazarse como si fueran semillas, pero también lo bastante grandes como para llevar consigo microchips capaces de actuar como sensores que recopilan información sobre el entorno, así como transmisores inalámbricos para enviar los datos a los científicos.

Un enjambre de estos microvoladores podría dejarse llevar por el viento y esparcirse por vastas áreas, apunta John Rogers, químico físico de la Universidad Noroccidental de Estados Unidos y coautor de la investigación. «Podrían usarse como una red de sensores para medir la contaminación ambiental, la propagación de enfermedades, peligros biológicos y otras cosas», agrega. Rogers y sus colaboradores describen las nuevas máquinas en Nature.

Para que sus artilugios descendieran de la manera más tranquila y estable posible, los ingenieros comenzaron por analizar la forma de las semillas que se dispersan por el aire, como las del arce de hoja grande, el saúco y las enredaderas leñosas del género Tristellateia. Luego usaron computadoras para simular el flujo de aire alrededor de formas similares con geometrías ligeramente diferentes. Este proceso les permitió refinar una variedad de diseños hasta lograr que los microvoladores cayeran de manera aún más constante y lenta que sus homólogos botánicos.

Para que tales dispositivos puedan monitorizar un área de gran tamaño habría que fabricarlos en grandes cantidades, una tarea que sería más sencilla si los investigadores pudieran usar las instalaciones y los procesos existentes para producir circuitos integrados. Sin embargo, tales métodos suelen dar lugar a formas planas, mientras que los microvoladores necesitan un diseño tridimensional. Para resolver el problema, los ingenieros fabricaron microvoladores bidimensionales y luego los unieron a una capa de elastómero, un material elástico. Cuando este se relaja, se encoge, con lo que tira de los diminutos dispositivos y hace que tomen su forma tridimensional final. «Podemos construir una variedad muy amplia de estructuras aladas a partir de esa forma plana», explica Rogers.

A pesar de la novedad de los dispositivos, la pregunta de si realmente serían útiles en campañas de control ambiental aún está en el aire, apunta Scott Weichenthal, epidemiólogo ambiental de la Universidad McGill que no participó en el estudio. «¿Miden de manera fiable?», se pregunta. «¿Son mejores de lo que podemos hacer ahora en términos de seguimiento? Eso no está claro.»

Rogers reconoce que sus microvoladores son una prueba de concepto, pero añade que él y su equipo planean realizar pruebas de campo pronto. Su objetivo es lanzar al aire miles de dispositivos que cambiarán de color según la cantidad de plomo, cadmio o mercurio presente en el lugar donde aterricen. Luego, un dron volará por encima y tomará imágenes de alta resolución del área, detectando los dispositivos que han cambiado de color y permitiendo así a los investigadores cartografiar la concentración de contaminantes.

Por supuesto, dejar pequeñas máquinas esparcidas por el medio no parece particularmente sostenible. Para evitar dañar los ecosistemas locales, Rogers y sus colegas fabricaron microvoladores a partir de polímeros, conductores y chips respetuosos con el ambiente y que se degradan con el tiempo. Tras recopilar y transmitir datos de su zona de aterrizaje, se desintegran y se funden en una sustancia viscosa que luego desaparece. Esto es mejor para el entorno y más conveniente para los investigadores. Como explicó Rogers, «no queremos estar en una posición en que tengamos que recolectar todos esos dispositivos después».

Nikk Ogasa

Referencia: «Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds»; Bong Hoon Kim et. al. en Nature, vol. 597, pags 503–510, 22 de septiembre 2021.

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