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《自然》正刊发表我室新引进教师厉侃“仿风传种子三维微电子飞行器”的研究成果
作者:江山、厉侃 发布:21-09-29 14:56:12 点击量:
  

9月22日,我室新引进教师厉侃与美国西北大学John A. Rogers、黄永刚课题组等多所科研机构的合作研究成果:仿风传种子三维微电子飞行器——“Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds”,在期刊《自然》(Nature)在线发表,并当选该期封面。厉侃与韩国崇实大学助理教授金奉勋(Bong Hoon Kim)、美国西北大学博士后金镇泰(Jin-Tae Kim)、朴尹锡(Yoon seok Park)为文章共同第一作者。美国西北大学John Rogers院士、黄永刚院士、清华大学张一慧教授和美国伊利诺伊大学香槟分校Leonardo Chamorro教授为本文共同通讯作者。

该成果以风传种子为灵感,设计了一类可随风飞行的被动驱动微飞行器,可实现无主动驱动的长时间、远距离飞行,是人类迄今为止人工制造出的最小的飞行器。

传统微飞行器的设计通常基于主动驱动模块,即模仿昆虫或鸟类等使用扑翼、旋翼等方式使微飞行器实现飞行。然而,这类主动驱动模块结构复杂、难以小型化集成,而且工作时无法避免产生噪音,隐蔽性较差;此外,主动驱动方式能耗极大,难以完成长时间、远距离巡航。研究人员以风传植物种子作为灵感,采用力学引导屈曲自组装的方式设计了微飞行器的三维结构,并在这种微小的结构上成功的集成了复杂的电子电路系统,可依据需要完成诸如空气污染物大范围、长时间实时监测等功能。

图为受风散种子启发的3D微电子飞行器

该类飞行器可以实现在空气中以极小的速度下落,从而实现长时间滞空。其下落速度约0.28m/s,约为雪花速度的1/8。仿生植物种子的三维结构可以进一步减缓下落速度,并使其飞行状态更加稳定。该工作主要致力于理解这类飞行器的旋转下落机理,通过数值仿真结合理论模型分析解析了其背后的基本物理原理,建立了下落速度与稳定性设计的物理模型,为将来该类飞行器的设计提供了指导思路。

图为微飞行器下落机理与旋落稳定性分析

厉侃于2014年获清华大学学士学位,于2019年获美国西北大学博士学位,之后作为博士后在英国剑桥大学开展研究工作,将于2021年入职华中科技大学机械学院。

此外,厉侃与我室黄永安教授团队开展飞行器柔性智能蒙皮测量技术(iFlexSense)研究,并取得突破性进展,首创了大面积柔性智能蒙皮传感/测量系统、大规模多元数据采集系统、大数据分析与显示系统,相关成果在期刊《Nano Energy》上发表了题为“Bio-Inspired, Intelligent Flexible Sensing Skin for Multifunctional Flying Perception”的研究论文。在未来,他们将携手开展新一代先进飞行器智能感知研究。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03847-y

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106550

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