受到種子傳播啟發 科學家開發毫米級飛行 - 工程師

受到種子傳播啟發 科學家開發毫米級飛行機器人

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由美國西北大學材料科學與工程、生物醫學工程和神經外科的John A. Rogers教授領導的
團隊，提出一種可以像植物種子一樣乘風而行的微晶片，是人類有史以來尺寸最小的飛行
裝置。研究於2021年9月22日發表於《自然》科學期刊。

這些受生物啟發的飛行機器人約沙粒般大，具有廣泛用途，像是監測空氣污染、追蹤疾病
的傳播或收集科學資料；由生物可分解材料組成，當降落或掉落後可重新被環境吸收，以
防止造成污染。

Rogers教授表示，自然界中的植物和樹木透過獨特和創新的方式，利用風和氣流等被動的
手段，以種子傳遞生物的遺傳物質。目前，正在研究自然界創新的種子傳播（seed
dispersal）技術，從蒲公英式的降落傘，到爪哇黃瓜（Javan cucumber）使用的滑翔式
，再到槐樹（jacaranda tree）的撲翼和分旋式。但這項研究特別關注楓樹或木質藤蔓的
旋轉直升機式種子的傳播技術。

從樹上掉下來的種子，透過在風中旋轉動作以最大限度延長它們在空中的時間，從而提高
它們從母體植物飛行的能力。Rogers教授團隊透過對三翼三葉草（three-winged
tristellateia）直升機型種子的飛行動力學和受控旋轉進行模擬，來模仿這種巧妙的設
計，打造微小的人工轉子（artificial rotors）。

研究人員將飛行機器人縮小到毫米級，比天然種子小，但仍然足以搭配微型儀器、電腦晶
片、電源和其他零件。團隊還對更小的概念裝置進行實驗，但在超過毫米級後情況變得難
以掌控。當研究團隊把尺寸減小到約一毫米以下時，空氣動力學就開始崩潰。若低於該尺
度以下，所有看起來和落下時都像一個球體，沒有流動驅動的旋轉動作，直升機設計的所
有優勢在一定的長度大小以下開始消失。

體積縮小之外，研究團隊還測試將飛行機器人搭配不同功能的有效載荷，例如可以與智慧
手機進行無線通訊的天線，或者可以監測pH值、水質或太陽波長的環境感測器。

儘管這些設備有許多潛在的應用，但最熱門的可能部署在疾病嗅探蜂群（
disease-sniffing swarm），它可以標出流行病和大流行病的早期預警信號，或在發展過
程中進行追蹤。研究團隊認為，未來可以使用飛行裝置監測生物危害，如病原體、氣膠等
。目前這都只是概念，還沒有通過驗證，但是如果開始考慮增加感測能力的潛力，病原體
監測很有機會被實現，團隊也正在探索類似想法。

這類型飛行機器人只是臨時性的，為了滿足特定需求的裝置，不是永久性的監測器，根據
研究團隊目前的設想，在監測一段時間後，裝置就會分解消失，使用者必須重新部署。

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