厉害!这位教授刚拿300万奖励,如今科研成果又在《Nature》发表,并作为当期封面!

近日,清华大学张一慧教授与美国西北大学黄永刚院士等人合作,以风传种子为灵感,设计了一种屈曲力学组装的三维微电子飞行器。

该成果以“Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds”为题在《Nature》上发表,并作为当期封面文章!

据悉,张一慧教授于9月13日刚刚获得第三届“科学探索奖”(奖励50人,每人300万元),可谓喜报连连!

一起来看看张一慧教授这篇“仿生”灵感得来的Nature封面论文吧~

微电子飞行器:灵感来自“风传种子”

传统微型飞行器通常使用扑翼、旋翼或喷气的主动驱动方式作为飞行动力,需要较大的能量供给,结构复杂,小型化难度大、难以长续航。风传种子历经演化,可在无主动驱动力的情况下,被动地随风飞行几公里甚至更远。

清华大学张一慧课题组与美国西北大学John A. Rogers、黄永刚课题组、伊利诺伊大学香槟分校Leonardo P. Chamorro课题组合作,以风传种子为灵感,设计了一种屈曲力学组装的三维微电子飞行器,实现了微电子器件被动、长时间、远距离飞行。

厉害!这位教授刚拿300万奖励,如今科研成果又在《Nature》发表,并作为当期封面!

该成果登上Nature封面

受原创探索计划、创新群体项目资助

课题组采用2015年合作提出的屈曲力学引导的三维组装,将二维前驱体结构选择地粘接在预拉伸基底,释放预应变实现结构的压缩屈曲,完成二维到三维构型的转变。

厉害!这位教授刚拿300万奖励,如今科研成果又在《Nature》发表,并作为当期封面!
  1. 通过有限元模拟设计一系列精巧的三维飞行器结构(图1),解决了结构重量问题。
  2. 通过流体力学模拟了二维结构下落中的翻转、颤动过程以及风传种子三维结构在下落过程中的稳定性,建立了流固耦合理论模型,揭示了旋落过程的运动机理,实现了长时间滞空。
厉害!这位教授刚拿300万奖励,如今科研成果又在《Nature》发表,并作为当期封面!

图1. 三维飞行器结构的引导屈曲组装过程与大规模多尺度制备

基于理论研究与结构设计,利用有限元模拟电子系统的组装过程。在飞行结构上集成微电子器件,包含天线、微控制芯片和紫外传感器。

厉害!这位教授刚拿300万奖励,如今科研成果又在《Nature》发表,并作为当期封面!

图2. 三维微飞行器结构及空气污染物检测演示

高空释放后,可对空气污染物长时实时监测。集成不同芯片,有望实现城市传染病病原体分布监测等。其可成为未来飞行器“物联网”节点,助力疫情监测与防控(图2)。

该研究成果得到了国家自然科学基金委原创探索计划项目、国家自然科学基金委创新研究群体等项目的资助。

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