NFC Device Supported Micro Air Vehicles ist ein schickes Personal. Die Forscher arbeiten an der nächsten Phase eines dreijährigen Projekts zur Entwicklung eines Mikrogeräts. Das kann fliegen. Sensormesswerte in der Umgebungsluft sammeln und die Ergebnisse durch Nahfeldkommunikation übertragen (NFC). NFC-Tag ist eine Art von RFID-tag. Das NFC-Gerät verfügt über spezielle Flügel und ein spezielles Design, um vom Flugzeug zu fallen und abzuheben.
Das Team
Veröffentlichung ihres ersten Peer-Review-Papiers zu diesem Thema in der Zeitschrift Nature im September 2021. Weitere Arbeiten sind im Gange und werden in einem Folgepapier in diesem Sommer beschrieben. Das gesamte Sensorgerät ist mit Lamellen ausgestattet, NFC-Software auf Chip (SOC) und Sensorik. Die Größe beträgt nur wenige Millimeter. Sie können andere drahtlose Technologien verwenden, um sie auf die Größe von Sand zu reduzieren.. Wenn sich der Tag in den Luftstrom löst. Sein 3D-Flügel ermöglicht es ihm, mit dem Luftstrom in einer Kombination aus Rotation und Gleitbewegung zu driften.
NFC-Mikroluftfahrzeug
Ziel des Teams ist es, eine batterielose Technologie zu entwickeln, die sich in der Umgebung verteilen kann, um Umweltsensorinformationen zu erfassen.. Wie Schadstoffe und Wetterbedingungen, beim Gleiten zur Erde. Die NFC-Technologie kann verwendet werden, um gesammelte Sensordaten zu erfassen, nachdem der Tag gelandet ist. John Rogers, Professor für Bioelektronik an der Northwestern University. Und Co-Autor des Whitepapers, sagte, dass eine der einzigartigen Eigenschaften des Geräts darin besteht, dass. Es verwendet eine Reihe von Sensortechnologien, um die physiologischen Parameter des menschlichen Körpers zu überwachen.
NFC-Gerät
In der Vergangenheit
Jahrzehnt oder mehr, Forscher der Universität haben solche Biosensoren gebaut und getestet. Einschließlich kleiner Körperanpassungsgeräte oder Implantate, um die Bedürfnisse der Patienten zu erfüllen, oder biologische Grundlagenforschung an Mensch oder Tier. “We have a range of NFC devices,” Rogers sagte, die Sensordaten an 13.56 MHz nach ISO 14443. Das Tag reagiert nicht nur auf die Übertragung vom Lesegerät. Wie die, die in den meisten Smartphones eingebaut ist, überträgt aber auch eine eigene eindeutige ID-Nummer und gesammelte Sensordaten.
Tracking
Bei der Verfolgung physischer Bedingungen, Etiketten und Sensoren können direkt in den menschlichen Körper implantiert oder an der Haut befestigt werden. “In these cases, Sie müssen sich keine Gedanken über die Dispersion machen – Sie platzieren sie einfach dort, wo Sie sie brauchen,” Rogers sagte. “The goal of our recent work is to raise the question. ‘ Gibt es eine Möglichkeit, die Basis von Technologie und körperintegrierter Ausrüstung zu nutzen, um Gesundheits- und nicht Umweltprozesse zu überwachen??'” Er erinnerte an die Entwicklung von Mikroluftfahrzeugen.
John Rogers
Laut Rogers, Etiketten für die Umweltüberwachung müssen in großem Umfang verteilt werden. “So that’s the question,” Er sagte. “We tried to answer: "Was ist der Mechanismus der Diffusion??’ was zur Untersuchung der Aerodynamik des passiven Fluges führte. Forscher wandten sich an die Natur, um Hilfe zu erhalten. 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 zum einfachen Auftragen eines Flügels. Sie verwendeten auch drei Flügel, um den passiven Flug in einer Hubschrauberkonfiguration mit dreidimensionaler Form zu steuern..
Integrierte Schaltung
Das Zentrum des Geräts ist eine integrierte Schaltung. Wenn das Mikroluftfahrzeug in die Luft fällt, Seine Flügel interagieren mit dem Wasserfluss, um eine langsame und stabile Rotationsbewegung zu erzeugen. Das Gewicht der elektronischen Geräte verteilt sich in der Mitte des Mikroflugzeugs, um zu verhindern, dass es die Kontrolle verliert. Und auf chaotische Weise taumeln. Es gibt keine Batterie, Die eingebaute Stromversorgung des Chips kann jedoch Umweltenergie aus Sonnenlicht sammeln und die gesammelten Sensordaten speichern..
Mini-Tag
Fotodiode
Die Photodiode erzeugt einen Photostrom, dessen Größe mit der Belichtungsintensität zusammenhängt. Der Strom lädt das Gerät so auf, dass die akkumulierte Ladung die Spannung am Superkondensator auf dem Chip definieren kann. Was die Expositionsdosis angibt, Angabe der Größe und Konzentration von Feinstaub in der Luft. Rogers sagte, dass, als das Tag gefragt wurde, Seine Reaktion erzeugte eine Reihe von kumulativen Spannungen. Jeweils entsprechend einer Dosis unterschiedlicher Wellenlängen. “So indirectly,” Er sagte, “it tells you the density and size of particles in the environment through spectral information.”
Sobald der Sensor landet
Es wartet auf die Datenübertragung. Rogers sagte, eine Möglichkeit, Daten zu sammeln, sei die Verwendung von niedrig fliegenden UAVs, die mit NFC-Lesegeräte. Wenn das Tag fällt, Die Drohne kann einen Bereich scannen, um die Tag-Daten zu lesen, und laden Sie es dann auf den Server hoch. “Conceptually,” erklärte er, “you’re folding the amount of 3D data (Aufgenommen, wenn das Etikett durch die Atmosphäre geht) auf eine 2D-Oberfläche, und dann können Sie es scannen.”
So weit, der in der NFC-Umgebung durchgeführte Test, nicht im Feld. So testen Sie die Fähigkeit des Geräts, Partikeldaten zu erfassen, Das Team verwendete eine Stauberzeugungskammer mit Räucherstäbchen, Rauchkerzen und Maisstärke. Eine Reihe von vier Ventilatoren, die am Boden der Kammer platziert sind, erzeugen einen Luftstrom, durch die das Mikroluftfahrzeug gleiten kann.
Die nächste Stufe
Die nächste Entwicklungsstufe kann die Erprobung der Ausrüstung im Freien und die weitere Flügeltechnik umfassen.. “We are studying different types of wing structures,” Rogers sagte. “Inspiration comes from different types of seeds.” Er wies darauf hin, dass es mehr als eine Möglichkeit gibt, in der Natur zu fliegen. Zum Beispiel, während sich die frühe Forschung auf die Hubschrauberbewegung im freien Fall konzentrierte, “you can imagine dandelions, Fallschirmstrukturen, und andere Arten von Segelflugzeugen,” Dies sind weitere 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 sehen können. Zum Beispiel, Gelb kann den Nachweis von Schadstoffen in der oberen Atmosphäre anzeigen. “Some of our work also focused on developing these colorimetric methods,” Rogers sagte. “We are looking for a variety of methods, Jeder von ihnen eignet sich für unterschiedliche Anwendungen und hat mehr Kombinationsmöglichkeiten.” Er fügte hinzu: “I think that in the end, Digital Wireless wird der einzige Weg sein.” spezifische Daten können durch NFC-Technologie gesammelt werden, einschließlich der eindeutigen ID des Sensors und der genauen Sensorergebnisse, die übertragen werden.
Eine biologisch abbaubare Version
Von der Technologie kann entstehen, aufbauend auf der Arbeit des Teams an temporären Implantaten auf Basis bioabsorbierbarer elektronischer Geräte. “We have a whole set of materials that can support complex forms of electronic products,” Rogers sagte. “But as a unique defining feature, 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 NFC-Funktionen prinzipiell unterstützen können.
Auf lange Sicht
Rogers spekuliert, dass diese Geräte verschiedene Bedingungen überwachen können. Einschließlich Wettermuster, Verschmutzung von Chemikalien und die Ausbreitung von Krankheitserregern oder Infektionskrankheiten. Zur gleichen Zeit, Das Team untersucht weiterhin den Luftstrom. Was induziert werden kann, wenn das Etikett durch die obere Atmosphäre geht. Blick in die Zukunft, Forscher hoffen, Kontakte zu Technologieunternehmen zu knüpfen, um den nächsten Entwicklungsschritt abzuschließen.
