如今，微型飞行器或大量部署的微型无线机器人有时用于大规模监视和监测目的，例如环境或生物研究。由于传单具有在空气中分散的能力，它们从一个地点投下后可以散布到大片区域，包括难以进入的地方。此外，它们比多架无人机更小、更轻、部署成本更低。

创建更高效的微型飞行器的挑战之一是降低功耗。正如华盛顿大学(UW) 和格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究人员所证明的，实现这一目标的一种方法是去掉电池。受到日本折纸艺术的启发，他们设计了可编程微型飞行器，可以在风中分散并使用电子驱动改变形状。这是通过太阳能驱动器实现的，该驱动器可以在 25 毫秒内产生高达 200 毫牛顿的力。

“将这些小飞行物视为测量环境条件（例如温度、光线和其他事物）的传感器平台。”——维克拉姆·艾耶，华盛顿大学

“这些折纸设计的酷之处在于，我们创造了一种让它们在半空中改变形状的方法，完全无需电池，”作者之一、华盛顿大学计算机科学家兼工程师维克拉姆·艾耶 (Vikram Iyer)说。“这只是形状上的一个很小的变化，但它使坠落行为发生了非常巨大的变化……这使我们能够对这些东西的飞行方式进行一些控制。”

这项研究建立在研究人员于 2022 年发表的早期研究成果的基础上，该研究成果展示了可以像蒲公英种子一样在空气中传播的传感器。对于当前的研究，“目标是部署数百个此类传感器并控制它们的着陆位置，以实现精确部署，”合著者、西密歇根大学移动智能实验室负责人Shyamnath Gollakota说。每个微型飞行器的重量不到 500 毫克，可以在微风中飞行近 100 米，并通过蓝牙无线传输有关气压和温度的数据，最远距离可达 60 米。该小组的研究结果发表在本月早些时候的《科学机器人》杂志上。

发现两种折纸状态下落行为的差异纯属偶然，戈拉科塔说:“当它平坦时，它几乎就像一片叶子，在风中翻滚，”他说。“从平坦到一点曲率的微小变化[使其]像降落伞一样以非常受控的运动落下。” 他补充说，在翻滚状态下，在横向阵风中，微飞行器的扩散距离是稳定状态下的三倍。

Gollakota 表示，还有其他基于折纸的系统，其中使用了电机、静电致动器、形状记忆合金和电热聚合物等，但这些系统并没有解决研究人员面临的挑战。一是找到驱动机构之间的最佳平衡点，驱动机构足够坚固，不会在不被触发的情况下改变形状，但又足够轻，可以保持较低的功耗。接下来，它必须在落地时产生快速的过渡响应。最后，它需要一个轻量级储能解决方案来触发转变。

Gollakota 称这一机制“非常符合常识”，但他们仍然花了一年的时间才想出这个机制。折纸的中间有一根茎，由螺线管线圈（当电流通过时充当磁铁的线圈）和两个小磁铁组成。四个铰接的碳纤维杆将杆连接到结构的边缘。当电流脉冲施加到螺线管线圈时，它将磁体推向彼此，使结构突然变成其替代形状。

戈拉科塔说，它所需要的只是一点点能量，足以使磁铁彼此保持适当的距离，以使磁力发挥作用。有一系列轻薄的太阳能电池来收集能量，并将其存储在一个小电容器中。该电路直接制造在可折叠折纸结构上，还包括微控制器、定时器、蓝牙接收器以及压力和温度传感器。

“我们可以对这些东西进行编程，以根据任何这些东西来触发形状变化——在固定的时间之后，当我们向它发送无线电信号时，或者在该设备检测到的高度[或温度]时，”艾耶补充道。折纸结构是双稳态的，这意味着一旦转变就不需要任何能量来维持形状。

研究人员表示，他们的设计可以扩展到包含用于各种环境监测应用的传感器。“将这些小飞行物视为一个传感器平台，用于测量环境条件，例如温度、光线和其他事物，以及它们在整个大气中的变化，”艾耶说。或者他们可以在地面部署传感器，用于数字农业、气候变化相关研究和跟踪森林火灾等。

在他们目前的原型中，微型飞行器仅在一个方向上发生形状变化，但研究人员希望使它们在两个方向上转变，以便能够切换两种状态，并更好地控制轨迹。他们还想象一群微型飞行者相互交流，控制它们的行为，并自我组织它们如何坠落和分散。