微型飞行器，一般指最大尺寸小于10 cm的一类飞行器。集成功能器件的三维微型飞行器在探测、搜索、救援等多个工程领域都有重要意义。在近期报道的各种主动或被动型三维微型飞行器中，一类受星果藤等风传种子启发的三维微飞行器因其具备自旋稳定低速下落、超轻、飞行静音等特点，显示出巨大的应用潜力。其中，具备按需重构叶片形状的能力对于这类三维飞行器至关重要。然而，由于缺乏可与微型三维飞行器良好集成的快速响应驱动器，使得设计制造这类微型智能飞行器系统仍然面临挑战。近日，清华大学张一慧教授团队在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，开发了一种基于形状记忆聚合物（SMP）电热驱动器的可重构三维介观飞行器，实现了较大驱动变形和快速响应（例如~1 s）（图1）。通过集成各类微型传感器、微控制器和微型锂电池等功能器件，研发了一种仿生智能三维介观飞行器系统。该微型飞行器通过实时处理感知的信号（例如，加速度和湿度数据），通过机载微控制器，控制叶片驱动器，以实现按需展开（图2）。这种智能柔性电子介观飞行器具备低阻上升（折叠状态）和低速自旋稳定下落（展开状态）的飞行结构重构能力，并演示了通过简单的投掷测量空间湿度分布（图3）。
图1 按需展开的可重构三维柔性电子介观飞行器
图2 可重构三维柔性电子介观飞行器的制备过程和重构模式
图3 按需展开的可重构三维柔性电子介观飞行器按湿度展开和湿度场测试结果
实验结果表明，所研制的智能三维可重构飞行器能够实现折叠低阻上升和展开自旋稳定下降，具有手抛测量三维空间湿度场的能力。这种超轻、智能的微型三维飞行器，可集成各类传感单元，如湿度、温度、加速度、紫外线(UV)和气体传感器，有较为广泛的应用前景。
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Ji, Z†., Zhao, J†., Song, H*. et al. Morphable three-dimensional electronic mesofliers capable of on-demand unfolding. Sci China Mater, 2022, doi=10.1007/s40843-022-2007-8