研究前沿Nature-蒲公英仿生薄膜多孔結構材料

日期：2025-09-11 12:00

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摘要：研究前沿Nature-蒲公英仿生薄膜多孔結構材料

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

植物覆蓋了地球陸地的很大一部分，不過，大多數物種沒有流動性。為了運輸其種子等繁殖體，許多植物已經進化出利用風傳播種子的自然機制。例如，蒲公英的種子，具有剛毛般的細絲結構，這降低了其飛行時的終端速度，并有助于種子在飄向地面時的方向。

今日，美國華盛頓大學Shyamnath Gollakota團隊Vikram Iyer等研究人員，在Nature上發文，報道演示了無電池無線傳感設備的風力擴散。這種毫米級器件重量為30毫克，采用可編程部件設計在柔性基板上，以實現各種傳感和計算應用的可擴展性和靈活性。該系統使用輕型太陽能電池和能量收集電路供電，該能量收集電路對低和可變光照條件是魯棒的，并且具有實現數據傳輸的反向散射通信鏈路。為了實現太陽能采集所需廣域擴散和垂直著陸，開發了受蒲公英啟發的薄膜多孔結構，其終端速度為0.87±0.02米/秒，空氣動力學穩定性達到95%以上的垂直著陸概率。

Wind dispersal of battery-free wireless devices

圖1：風分散無電池無線設備。

圖2：風散機制。

圖3：無電池無線傳感器。

圖4：戶外評測。

該項研究工作，展示了一種功能齊全、風力分散的無線傳感系統，能夠*大限度地減少系統重量，在低或可變光照條件下運行計算和傳感設備陣列，并實現反向散射通信，可以在60米距離內以較小尺寸和外形進行操作。

戶外環境評估結果表明，這些設備可以在溫和微風中移動50-100米。在自然系統中，個體種子形態差異導致一些種子落得更近，而另一些種子則傳播得更遠。與之類似，該項研究也展示了如何調節結構的孔隙率和直徑，以實現器件間的分散變化。為此，有望助力于戶外環境和現實世界傳感應用。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04363-9

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04363-9

本文譯自Nature。

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