Новый планер на картофельных крыльях сеет в лесах биодатчики с краской из лишайника и покрытием выделений тли, чтобы оценить экологическое состояние лесной подстилки
Инновационный картофельный мини-планер и биоразлагающиеся датчики для лесного хозяйства разработали швейцарские исследователи. Задача – следить за состоянием экосистем, например, в лесной подстилке - и рассыпаться в прах, когда их работа выполнена.
Экологичные летающие датчики созданы по образцу «бешеного» яванского огурца (Alsomitra macrocarpa), который известен тем, что разбрасывает свои семена по воздуху на несколько метров, рассказывает Андреа Сикс из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии, Empa, о работе своих коллег: «Исследователи Empa разработали эти экологичные летающие датчики из картофельного крахмала и древесных отходов, чтобы собирать данные об окружающей среде энергоэффективным, экологичным и автономным способом даже в недоступных районах, так называемые биопланеры. Ингредиенты: картофель, немного древесных отходов, красящее вещество лишайника и выделения тли.
Подобно листьям, падающим на землю осенью, бесшумно плывут к лесной подстилке биопланеры со встроенными датчиками, которые они посеют как семена. Затем биопланеры падают на землю и разлагаются, а чуть позже, выполнив свою роль, к ним присоединяться и датчики, все станет единым целым с лесной подстилкой.
Исследователь Empa Фабиан Виземюллер и команда Мирко Ковача из лаборатории Sustainability Robotics хотят использовать данные «умных» семян для мониторинга состояния лесной почвы и ее биологического и химического баланса. Первый датчик применяется для измерения значения pH с помощью классической лакмусовой бумажки.
Здесь краситель, полученный из лишайника, реагирует на кислоту изменением цвета с фиолетового на красный. «Затем изменение цвета датчика на лесной подстилке регистрируется дроном, летящим над территорией», - объясняет Виземюллер.
Чтобы датчик был защищен до момента его использования и собирал данные только в решающий момент, он покрыт защитной пленкой. Хитрый «контркапюшон» освобождает датчик с выпадением дождей или повышением влажности, и он раскрывается как цветок. После того, как дождевые облака рассеются, полимерный налет «закрывается» примерно через 30 минут до следующего рабочего цикла.
Вместе с командой Густава Нистрёма из лаборатории целлюлозы и древесных материалов Empa ученые разработали этот защитный механизм на основе нанофибриллированной целлюлозы из древесных отходов, которая была обработана желатином для образования тонкой полимерной пленки, реагирующей на атмосферную влагу.
Чтобы «цветок» раскрылся симметрично, полимерная пленка также покрыта очень тонким слоем шеллака - природного смолоподобного вещества, выделяемого тлями. Он предотвращает неравномерное расширение полимерного материала при воздействии влаги. Через три недели, собрав и отправив данные, датчик разложится на естественные вещества.
Транспортным средством для биодатчика является планер, сделанный из обычного картофельного крахмала. Его можно распечатать для применения. Вместе с датчиком планер весит всего 1,5 грамма и имеет размах крыльев 14 сантиметров. На летной арене биопланеру удается достичь коэффициента планирования 6. Это соответствует горизонтальному расстоянию 60 метров, когда планер взлетает с высоты 10 метров.
По словам Виземюллера, кислотный датчик – лишь начальная проверка концепции, за которой последуют другие типы датчиков, чтобы определять состояние деревьев, воды и почвы в режиме реального времени.
В настоящее время ученые работают над созданием экологических дронов в биоразлагаемых версиях для отслеживания влияния изменения климата на различные сферы обитания, опираясь на результаты проекта по биопланерам. Дроны предполагается делать с экологически чистым каркасом на основе высокопористых материалов из целлюлозы и желатина.
Биологически вдохновленным летающим объектам еще предстоит многому научиться у своих образцов для подражания, чтобы иметь возможность действовать независимо в сложной среде. Ведь у природы были сотни миллионов лет для совершенствования характеристик живых существ.
Поэтому для биоразлагаемого сенсорного планера специалисты Empa и взяли в качестве модели яванский огурец Alsomitra macrocarpa. Азиатская лиана позволяет ветру разносить свои семена, оснащенные прозрачными крыльями. Как и оригинал, семена смарт-сенсора имеют размах крыльев 14 сантиметров. Вместо семени в своей основе биопланер несет датчик для сбора данных об окружающей среде».
(Источник и фото: Швейцарская федеральная лаборатория материаловедения и технологии (Empa). Автор: Андреа Сикс).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.