NFC-apparaat ondersteunde Micro Air Vehicles is een chique personeel. De onderzoekers werken aan de volgende fase van een driejarig project om een microapparaat te maken. Dat kan vliegen. verzamel sensormetingen in de omgevingslucht en verzend de resultaten via Near Field Communication (NFC). NFC-tag is een soort RFID-tag. Het NFC-apparaat heeft speciale vleugels en een speciaal ontwerp om uit het vliegtuig te vallen en op te stijgen.
Het team
Publiceerden hun eerste peer-reviewed artikel over dit onderwerp in het tijdschrift Nature in september 2021. Er wordt nog meer werk verricht en dit zal deze zomer in een vervolgpaper worden beschreven. Het gehele sensorapparaat is uitgerust met vinnen, NFC-software op chip (SOC) en sensortechnologie. Het formaat bedraagt slechts enkele millimeters. Je kunt ervoor kiezen om andere draadloze technologieën te gebruiken om het te verkleinen tot de grootte van zand. Wanneer de tag vrijkomt in de luchtstroom. Dankzij de 3D-vleugel kan hij met de luchtstroom meedrijven in een combinatie van rotatie en glijdende beweging.
NFC micro-luchtvoertuig
Het doel van het team is om een batterijloze technologie te ontwerpen die zich in de omgeving kan verspreiden om omgevingssensorinformatie vast te leggen. Zoals verontreinigende stoffen en weerpatronen, als je naar de aarde zweeft. NFC-technologie kan worden gebruikt om verzamelde sensorgegevens vast te leggen nadat de tag is geland. Johannes Rogers, Hoogleraar bio-elektronica aan de Northwestern University. En co-auteur van het witboek, zei dat een van de unieke kenmerken van het apparaat dat is. Het maakt gebruik van een reeks sensortechnologie om de fysiologische parameters van het menselijk lichaam te bewaken.
NFC-apparaat
Over het verleden
Decennium of meer, onderzoekers van de universiteit hebben dergelijke biosensoren gebouwd en getest. Inclusief kleine lichaamsaanpassingsapparaten of implantaten om aan de behoeften van patiënten te voldoen, of fundamenteel biologisch onderzoek op mensen of dieren. “We hebben een reeks NFC-apparaten,” zei Rogers, die sensorgegevens kan verzenden en doorsturen 13.56 MHz conform ISO 14443. De tag reageert niet alleen op de transmissie van de lezer. Zoals degene die in de meeste smartphones is ingebouwd, maar verzendt ook zijn eigen unieke ID-nummer en verzamelde sensorgegevens.
Volgen
Bij het volgen van fysieke omstandigheden, labels en sensoren kunnen rechtstreeks in het menselijk lichaam worden geïmplanteerd of op de huid worden bevestigd. “In deze gevallen, u hoeft zich geen zorgen te maken over spreiding – je plaatst ze gewoon waar je ze nodig hebt,” zei Rogers. “Het doel van ons recente werk is om deze vraag te stellen. ‘ Is er een manier om de basis van technologie en lichaamsgeïntegreerde apparatuur te gebruiken om de gezondheid te monitoren in plaats van milieuprocessen??'” hij herinnerde zich de ontwikkeling van micro-luchtvoertuigen.
Johannes Rogers
Volgens Rogers, labels voor milieumonitoring moeten op grote schaal worden verspreid. “Dus dat is de vraag,” hij zei. “Wij probeerden te antwoorden: ‘wat is het diffusiemechanisme?’ wat leidde tot de studie van de aerodynamica van passieve vluchten. Onderzoekers wendden zich tot de natuur voor hulp. Tot op zekere hoogte, ze simuleren hun onderzoek. De vleugels van esdoornzaden vielen van de boom en lieten de wind ze van de takken wegvoeren. Naast het simpelweg aanbrengen van één vleugel. Ze gebruikten ook drie vleugels om passieve vluchten te geleiden in een helikopterconfiguratie met driedimensionale vorm.
Geïntegreerde schakeling
Het centrum van het apparaat is een geïntegreerd circuit. Wanneer het micro-luchtvoertuig in de lucht valt, zijn vleugels werken samen met de waterstroom om een langzame en stabiele rotatiebeweging te produceren. Het gewicht van de elektronische apparatuur wordt in het midden van het microvliegtuig verdeeld om te voorkomen dat het de controle verliest. En tuimelen op een chaotische manier. Er is geen batterij, maar de ingebouwde voeding van de chip kan omgevingsenergie uit zonlicht verzamelen en de verzamelde sensorgegevens opslaan.
Mini-dag
Fotodiode
De fotodiode genereert een fotostroom waarvan de grootte gerelateerd is aan de belichtingsintensiteit. De stroom laadt het apparaat zodanig op dat de opgebouwde lading de spanning op de supercondensator op de chip kan bepalen. Dat geeft de blootstellingsdosis aan, en geeft daarmee de grootte en concentratie van fijnstof in de lucht aan. Rogers zei dat toen om de tag werd gevraagd, zijn reactie produceerde een reeks cumulatieve spanningen. Elk komt overeen met een dosis van verschillende golflengten. “Indirect dus,” hij zei, “het vertelt je via spectrale informatie de dichtheid en grootte van deeltjes in de omgeving.”
Zodra de sensor landt
Het wacht op gegevensoverdracht. Rogers zei dat een manier om gegevens te verzamelen het gebruik is van laagvliegende UAV's die zijn uitgerust met NFC-lezers. Terwijl de tag valt, de drone kan een gebied scannen om de taggegevens te lezen, en upload het vervolgens naar de server. “Conceptueel,” hij legde uit, “je vouwt de hoeveelheid 3D-gegevens op (vastgelegd wanneer het label door de atmosfeer gaat) op een 2D-oppervlak, en dan kun je het scannen.”
Dusver, de test uitgevoerd in de NFC-omgeving, niet in het veld. Om het vermogen van het apparaat om deeltjesgegevens vast te leggen te testen, Het team gebruikte een stofgeneratiekamer met wierookstokjes, rookkaarsen en maïszetmeel. Een reeks van vier ventilatoren op de bodem van de kamer genereren een luchtstroom, waar het micro-luchtvoertuig doorheen kan glijden.
De volgende stap
De volgende ontwikkelingsfase kan het testen van de apparatuur in de open lucht en verdere Wing Engineering omvatten. “We bestuderen verschillende soorten vleugelconstructies,” zei Rogers. “Inspiratie komt van verschillende soorten zaden.” Hij wees erop dat er meer dan één manier is om in de natuur te vliegen. Bijvoorbeeld, terwijl vroeg onderzoek zich concentreerde op helikopterbewegingen tijdens vrije val, “je kunt je paardenbloemen voorstellen, parachutestructuren, en andere soorten zweefvliegtuigen,” dit zijn andere mogelijke manieren om sensoren naar de grond te verspreiden
Niet de enige NFC
NFC is niet de enige manier om gegevens van een apparaat vast te leggen. Het team onderzocht ook de verkleuringschemicaliën die kunnen worden waargenomen door de camera's die op de UAV zijn geïnstalleerd. Bijvoorbeeld, geel kan duiden op de detectie van verontreinigende stoffen in de hogere atmosfeer. “Een deel van ons werk was ook gericht op de ontwikkeling van deze colorimetrische methoden,” zei Rogers. “We zijn op zoek naar verschillende methoden, die elk geschikt zijn voor verschillende toepassingen en meer combinatiemogelijkheden hebben.” Hij voegde toe: “Dat denk ik uiteindelijk, digitaal draadloos zal de enige oplossing zijn.” specifieke gegevens kunnen worden verzameld via NFC-technologie, inclusief de unieke ID van de sensor en de nauwkeurige verzonden sensorresultaten.
Een biologisch afbreekbare versie
Van de technologie kan ontstaan, voortbouwend op het werk van het team op het gebied van tijdelijke implantaten op basis van bioabsorbeerbare elektronische apparaten. “We hebben een hele reeks materialen die complexe vormen van elektronische producten kunnen ondersteunen,” zei Rogers. “Maar als een uniek bepalend kenmerk, het heeft het vermogen om in water op te lossen.” In dit werk, De onderzoekers werkten samen met een commerciële siliciumgieterij om biologisch afbreekbare geïntegreerde siliciumcircuits te bouwen, die in principe NFC-functies kunnen ondersteunen.
Geneesmiddelenmakers weten dat dit een uiterst complex productieproces is
Rogers speculeert dat deze apparaten verschillende omstandigheden kunnen monitoren. Inclusief weerpatronen, chemische lekkages en de verspreiding van ziekteverwekkers of infectieziekten. Tegelijkertijd, het team blijft de luchtstroom bestuderen. Dit kan worden veroorzaakt wanneer het label door de hogere atmosfeer gaat. Vooruit kijken, onderzoekers hopen contacten te leggen met technologiebedrijven om de volgende stap in de ontwikkeling te voltooien.
