كيفية إنتاج كتلة الروبوتات خلية الحجم: تقنية من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يمكن أن تؤدي إلى صغيرة, الأجهزة التي تعمل بالطاقة الذاتية للبيئة, صناعي, أو المراقبة الطبية.

الروبوتات الصغيرة لا أكبر من خلية يمكن أن تكون ذات الإنتاج الضخم باستخدام طريقة جديدة طوره باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الأجهزة المجهرية, الذي يدعو للفريق "syncells" (باختصار لخلايا الاصطناعية), قد يكون في نهاية المطاف المستخدمة لرصد الأوضاع داخل خط أنابيب النفط أو الغاز, أو للبحث عن المرض في حين العائمة من خلال مجرى الدم.

وتظهر هذه الصورة الدوائر على ورقة الجرافين حيث رايات ورقة على مجموعة من المشاركات مستديرة, خلق الضغوط التي من شأنها أن تسبب هذه الأقراص لفصل من ورقة. الشريط الرمادي عبر ورقة وسائل تستخدم لرفع أقراص من على سطح الأرض. صورة: فيليس فرانكل

المفتاح لجعل هذه الأجهزة الصغيرة بكميات كبيرة يكمن في طريقة فريق ضعت لضبط عملية التكسير الطبيعية بالذرة رقيقة, المواد هش, توجيه خطوط كسر بحيث لا تنتج جيوب ضئيلة من حجم وشكل يمكن التنبؤ به. جزءا لا يتجزأ من داخل هذه الجيوب هي الدوائر والمواد التي يمكن أن تجمع الإلكترونية, سجل, وإخراج البيانات.

عملية جديدة, ودعا "autoperforation,"الموضح في ورقة نشرت اليوم في مجلة مواد الطبيعة, بواسطة MIT البروفيسور مايكل Strano, مرحلة ما بعد الدكتوراه Pingwei ليو, طالب دراسات عليا ألبرت ليو, وثمانية آخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

ويستخدم هذا النظام شكل ثنائي الأبعاد من الكربون دعا الجرافين, الذي يشكل الهيكل الخارجي للsyncells صغيرة. وضعت طبقة واحدة من المواد أسفل على سطح, النقاط ثم صغيرة من مادة البوليمر, تحتوي على الالكترونيات لأجهزة, تودع بواسطة إصدار مختبر متطور لطابعة نافثة للحبر. ثم, وضعت طبقة ثانية من الجرافين على رأس.

كسر تسيطر عليها

الناس يعتقدون من الجرافين, وسامسونج ولكن مادة قوية للغاية, بأنها "المرنة,"لكنه هش فعلا, يفسر Strano. ولكن بدلا من النظر أن تقصفه مشكلة, أحسب الفريق إلى أنه يمكن استخدامها لصالحها.

"اكتشفنا أنه يمكنك استخدام هشاشة,"يقول Strano, من هو الكربون P. أستاذ Dubbs الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. واضاف "انها غير متوقع. قبل هذا العمل, إذا قلت لي هل يمكن كسر المواد للسيطرة على شكله على مقياس النانو, ولقد كنت مرتاب ".

ولكن النظام الجديد يفعل ذلك بالضبط. لأنها تسيطر على عملية التكسير ذلك أنه بدلا من توليد شظايا عشوائية من المواد, مثل بقايا نافذة مكسورة, وتنتج قطع من شكل موحد وحجم. "ما اكتشفناه هو أنه يمكنك فرض حقل سلالة للتسبب في كسر الاسترشاد, ويمكنك استخدام هذا لتصنيع تسيطر عليها,"يقول Strano.

عندما يتم وضع الطبقة العليا من الجرافين على مجموعة من النقاط البوليمر, التي تشكل دعامة الأشكال المستديرة, الأماكن التي يجلل الجرافين على حواف مستديرة من أركان شكل خطوط الضغط العالي في المواد. كما يصف ألبرت ليو انه, "تخيل مفرش المائدة يسقط ببطء على سطح طاولة مستديرة. يمكن للمرء أن يتخيل بسهولة جدا سلالة دائري تطوير نحو حواف الجدول, وهذا جدا مشابه كثيرا لما يحدث عندما طيات ورقة مسطحة من الجرافين حول هذه الركائز البوليمر المطبوعة ".

كنتيجة ل, تتركز كسور الحق على طول تلك الحدود, يقول Strano. "وبعد ذلك شيئا مدهشا يحدث: فإن الجرافين كسر تماما, لكن كسر ستوجه حول المحيط الخارجي للعمود ". والنتيجة هي أنيق, قطعة مستديرة من الجرافين التي تبدو كما لو كان قد قطع نظيفة من قبل لكمة ثقب المجهرية.

لأن هناك طبقتين من الجرافين, فوق وتحت أعمدة البوليمر, اثنين من الأقراص الناتجة تلتزم في حوافها لتشكيل ما يشبه الخبز جيب بيتا صغير, مع البوليمر مختومة داخل. وأضاف "والميزة هنا هي أن هذا هو في الأساس خطوة واحدة,"على النقيض من العديد من الخطوات غرفة نظيفة المعقدة التي تحتاجها عمليات أخرى في محاولة لجعل الأجهزة الروبوتية المجهرية, يقول Strano.

وقد أظهرت الباحثون أيضا أن المواد ثنائية الأبعاد الأخرى بالإضافة إلى الجرافين, مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم وboronitride سداسية, العمل فقط كذلك.

الروبوتات تشبه خلية

تتراوح في حجمها من أن خلية الدم الحمراء البشرية, حول 10 ميكرومتر عبر, تصل إلى حوالي 10 أضعاف هذا العدد, هذه الكائنات الصغيرة "بداية ليبدو ويتصرف مثل خلية البيولوجية الحية. في الواقع, تحت المجهر, وربما كنت قد تقنع معظم الناس أنه من خلية,"يقول Strano.

هذا العمل يتابع على أبحاث سابقة بواسطة سترانو وطلابه حول تطوير الخلايا المتزامنة التي يمكنها جمع معلومات حول الكيمياء أو الخصائص الأخرى للبيئة المحيطة بها باستخدام أجهزة الاستشعار الموجودة على سطحها, وتخزين المعلومات واسترجاعها في وقت لاحق, على سبيل المثال عن طريق الحقن سرب من هذه الجزيئات في واحدة من نهاية خط أنابيب واسترجاع لهم في الطرف الآخر للحصول على بيانات عن ظروف داخله. في حين أن syncells الجديدة ليس لديها بعد العديد من القدرات مثل سابقاتها, تم تجميع تلك فردي, في حين أن هذا العمل يدل على طريقة بسهولة كتلة المنتجة مثل هذه الأجهزة.

وبصرف النظر عن الاستخدامات وsyncells "المحتملة لرصد الصناعية أو الطبية الحيوية, طريقة جعل أجهزة صغيرة هي في حد ذاتها بدعة ولديه امكانات كبيرة, وفقا لألبرت ليو. "هذا الإجراء العام لاستخدام كسر تسيطر عليها كوسيلة من وسائل الإنتاج يمكن أن تمتد عبر العديد من المقاييس طول," هو يقول. "[يمكن استخدامها مع] أساسا أي مواد 2-D الاختيار, من حيث المبدأ يسمح للباحثين في المستقبل لتكييف هذه السطوح رقيقة بالذرة في أي شكل المطلوب أو شكل للتطبيقات في مجالات أخرى ".

هذا هو, يقول ألبرت ليو, "واحدة من الطرق الوحيدة المتاحة الآن لإنتاج الالكترونيات الدقيقة متكاملة قائمة بذاتها على نطاق واسع" التي يمكن أن تعمل مستقلة كما, أجهزة التعويم الحر. اعتمادا على طبيعة الالكترونيات داخل, يمكن توفير أجهزة ذات قدرات للحركة, الكشف عن المواد الكيميائية المختلفة أو غيرها من المعالم, وذاكرة تخزين.

هناك مجموعة واسعة من التطبيقات الجديدة المحتملة لمثل هذه الأجهزة الروبوتية خلية الحجم, يقول Strano, الذي تفاصيل العديد من هذه الاستخدامات الممكنة في كتاب شارك في تأليف مع شون والش, خبير في مختبرات أبحاث الجيش, حول هذا الموضوع, مسمي "الأنظمة الروبوتية ومنصات الذاتية," والذي تنشره دار Elsevier Press هذا الشهر.

كما مظاهرة, فريق "كتب" رسائل M, أنا, وT إلى مجموعة الذاكرة ضمن syncell, الذي يخزن المعلومات عن مستويات متفاوتة من التوصيل الكهربائي. يمكن هذه المعلومات ثم يكون "قراءة" باستخدام مسبار الكهربائية, تبين أن المواد يمكن أن تكون بمثابة شكل من أشكال الذاكرة الإلكترونية في الذي يمكن كتابة البيانات, اقرأ, وتمحى في الإرادة. ويمكن أيضا الإبقاء على البيانات دون الحاجة إلى السلطة, المعلومات التي تسمح التي سيتم جمعها في وقت لاحق. وقد أظهر الباحثون أن جزيئات مستقرة على مدى أشهر حتى عندما تطوف في المياه, وهو مذيب قاسية للإلكترونيات, وفقا لStrano.

"أعتقد أنه يفتح مجموعة أدوات جديدة كاملة للالصغيرة- وnanofabrication," هو يقول.

دانيال جولدمان, أستاذ الفيزياء في معهد جورجيا للتكنولوجيا, الذي لم يشارك في هذا العمل, يقول, "إن التقنيات التي طورتها مجموعة أستاذ Strano لديها القدرة على خلق الأجهزة الذكية الميكروسكيل التي يمكن إنجاز المهام معا أن أي جسيم واحد يمكن أن تنجزه وحدها."

مصدر:

HTTP://news.mit.edu, ديفيد L. الشماع