隨著春季結束，楓樹開始釋放帶翼的種子，這些種子像直升機一樣從樹枝上飄落並輕輕地落在地面上。受到這些直升機式豆莢以及其他滑翔、旋轉的樹種子的空氣動力學的啟發，工程師們聲稱已經制造出有史以來最小的風力驅動機器，他們稱之為“微型飛行器”。
這些翼狀裝置的最大版本，研究人員有時將其稱為“中型飛行器”或“大型飛行器”，長度約為兩毫米，大約相當於果蠅的大小。最小的微型飛行器只有四分之一大小。這使得它們足夠小，可以像種子一樣漂浮，但仍然足夠大，可以攜帶帶有感測器的緊湊型微晶片，這些感測器可以收集有關裝置周圍環境的資訊，以及將這些資料傳送給科學家的無線發射器。西北大學的物理化學家約翰·羅傑斯說，可以從空中投放成群的微型飛行器，讓它們隨風飄散到廣闊的區域。“然後你可以利用它們作為感測器網路，來繪製環境汙染、疾病傳播、生物危害或其他事物的地圖，”他補充道。羅傑斯和他的同事在週三發表在《自然》雜誌上的一篇論文中描述了這些機器。
為了幫助他們的裝置儘可能平穩和穩定地下降，工程師們首先分析了空中種子的形狀，例如大葉楓樹、北美 boxelder 樹和Tristellateia屬木質藤本植物的種子。然後，他們使用計算機模擬了具有略微不同幾何形狀的類似形狀周圍的氣流。這個過程使研究人員能夠改進各種設計，直到微型飛行器比它們的植物對應物更穩定和緩慢地下降。
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一些微型飛行器被設計成像Tristellateia屬木質藤本植物的種子一樣旋轉。圖片來源：西北大學
為了讓這些裝置監測大面積區域，羅傑斯和他的同事們將不得不大量生產它們——如果他們可以使用現有的積體電路製造設施和工藝，這項任務將會更容易。但是這些生產方法主要生產扁平形狀，而微型飛行器的設計是三維的。為了解決這個問題，工程師們製造了二維微型飛行器，然後將它們粘合到一層稱為彈性體的可拉伸材料上。當他們讓這種材料放鬆時，它會收縮，將微型裝置拉成最終的三維形狀。“我們可以從那個平面形狀開始構建各種不同型別的翼狀結構，”羅傑斯說。
儘管這些裝置具有新穎性，但它們是否真的會對環境監測活動有利，這個問題仍然懸而未決，麥吉爾大學的環境流行病學家斯科特·韋亨塔爾說，他沒有參與這項研究。“它們測量可靠嗎？”他問道。“它們是否比我們現在在監測方面能做的更好？這還不清楚。”
微型飛行器被製造成二維平面，然後透過彈性層將它們拉成最終的三維形狀。圖片來源：西北大學
羅傑斯承認，微型飛行器仍然只是一個概念驗證。但他和他的團隊計劃很快進行實地測試。他們的目標是空投數千個裝置，這些裝置會根據它們著陸地點存在的鉛、鎘或汞的量而改變顏色。然後，一架無人機將飛到空中並拍攝該區域的高解析度影像，發現變色的裝置，從而讓研究人員繪製汙染物濃度的地圖。
當然，將微型機器散落在景觀上似乎不是很可持續。為了避免破壞當地生態系統，羅傑斯和他的同事們用環保的聚合物、導體和電路晶片製造了微型飛行器，這些材料會隨著時間的推移而降解。在收集和傳輸有關其著陸區的資料後，掉落的飛行器會分解並融化成粘液，然後被沖走。這對環境更好，對研究人員也更方便。正如羅傑斯所說，“我們不希望處於必須在事後收集所有這些裝置的位置。”