Hoe de massaproductie van cel-sized robots: Techniek van MIT zou kunnen leiden tot kleine, self-powered apparaten voor het milieu, industrieel, of medische begeleiding.

Kleine robots niet groter dan een cel kan massaproductie behulp van een nieuwe methode ontwikkeld door onderzoekers bij MIT zijn. De microscopisch kleine apparaten, die het team noemt “syncells” (kort voor synthetische cellen), kunnen eventueel worden gebruikt om aandoeningen in een olie- of gaspijpleiding bewaken, of om te zoeken uit de ziekte, terwijl zwevend door de bloedbaan.

Deze foto toont cirkels op een grafeen vel waarbij het vel is gedrapeerd over een reeks ronde palen, creëren van spanningen die leiden tot deze schijven te scheiden van de plaat. De grijze balk vel vloeistof werd toegepast om de schijven te heffen vanaf het oppervlak. Beeld: Felice Frankel

De sleutel tot het maken van zulke kleine apparaten in grote hoeveelheden ligt in een methode ontwikkelde het team voor het regelen van de natuurlijke breken proces van atomair dunne, brosse materialen, richten van de breuklijnen zodat hun minuscule zakken van een voorspelbare grootte en vorm. Ingebed in deze zakken zijn elektronische circuits en materialen die kunnen verzamelen, record, en uitvoerdata.

De nieuwe werkwijze, genaamd “autoperforation,”Wordt beschreven in een artikel vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, door MIT professor Michael Strano, postdoc Ping Wei Liu, afgestudeerde student Albert Liu, en acht anderen aan het MIT.

Het systeem maakt gebruik van een tweedimensionale vorm van koolstof genoemd grafeen, vormt de buitenkant van de kleine syncells. Een laag van het materiaal neer op een oppervlak die, vervolgens kleine puntjes van een polymeermateriaal, met de elektronica voor de inrichtingen, worden afgezet door een geavanceerd laboratorium versie van een inkjetprinter. Dan, een tweede laag grafeen gelegd bovenop.

gecontroleerde breken

Mensen denken van grafeen, een ultradunne maar uiterst sterk materiaal, als zijnde “floppy,”Maar het is eigenlijk broos, Strano verklaart. Maar in plaats van gezien het feit dat broosheid een probleem, het team erachter dat het gebruikt kan worden in hun voordeel.

“We ontdekten dat u de broosheid kunt gebruiken,”Zegt Strano, wie is de Carbon P. Dubbs hoogleraar Chemische Technologie aan het MIT. “Het is contra-intuïtief. Voordat dit werk, als u me kunt u een materiaal te breken om zijn vorm te controleren op nanoschaal, Ik zou ongelovig zijn geweest.”

Maar het nieuwe systeem doet dat. Bestuurt het breekproces, zodat in plaats van het genereren van willekeurige scherven materiaal, zoals de resten van een gebroken venster, produceert stukken van gelijke vorm en grootte. “Wat we ontdekten is dat je een spanningsveld kan opleggen om de breuk te veroorzaken te laten leiden, en je kunt gebruiken voor gecontroleerde vervaardiging,”Strano zegt.

Wanneer de toplaag van grafeen wordt geplaatst over de matrix van puntvormige polymeren, die door pijler vormen te vormen, de plaatsen waar de grafeen gordijnen over de ronde randen van de pijlers vormen lijnen van hoge spanning in het materiaal. Zoals Albert Liu beschrijft, “Stel een tafellaken vallen langzaam op het oppervlak van een cirkelvormige tafel. Men kan heel gemakkelijk visualiseren de ontwikkelingslanden ronde stam in de richting van de tafel randen, en dat is zeer analoog aan wat er gebeurt wanneer een plat vel grafeen plooien rond deze gedrukte polymeer pilaren.”

Als gevolg, de breuken geconcentreerd direct langs die grenzen, Strano zegt. “En dan is er iets pretty amazing gebeurt: Het grafeen zal volledig breken, maar de breuk wordt geleid rond de omtrek van de zuil.”Het resultaat is een keurig, rond stuk grafeen dat lijkt alsof het was netjes uitgesneden door een microscopisch perforator.

Omdat er twee lagen grafeen, boven en onder het polymeer pijlers, de twee resulterende schijven hechten aan hun randen om iets als een kleine pitabroodje zak te vormen, met het polymeer binnenkant afgedicht. “En het voordeel hier is dat dit in wezen een enkele stap,”In tegenstelling tot vele complexe cleanroom stappen die nodig zijn op andere wijze te proberen om microscopische robot apparaten maken, Strano zegt.

De onderzoekers hebben ook aangetoond dat andere tweedimensionale materialen naast grafeen, zoals molybdeendisulfide en hexagonaal boornitride, werken net zo goed.

Celvormige robots

Variërend in grootte van die van een menselijke rode bloedcel, wat betreft 10 micrometers over, tot ongeveer 10 tijden die grootte, deze minuscule objecten “beginnen te kijken en zich gedragen als een levende biologische cel. Eigenlijk, onder een microscoop, kon je waarschijnlijk de meeste mensen ervan te overtuigen dat het een cel,”Strano zegt.

Dit werk is een vervolg op eerder onderzoek ” wordt beschreven in een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd, en opslaan van de informatie voor later, bijvoorbeeld het injecteren van een zwerm van dergelijke deeltjes in een einde van een pijpleiding en het ophalen van hen aan de andere gegevens over de omstandigheden binnen het systeem kan krijgen. Terwijl de nieuwe syncells hebben nog niet zo veel mogelijkheden als de oudere generaties, die werden afzonderlijk geassembleerd, dat dit werk toont een manier om gemakkelijk de massaproductie van dergelijke apparaten.

Afgezien van mogelijke toepassingen van de syncells’ voor industriële of biomedische controle, de manier waarop de kleine apparaten zijn gemaakt, is zelf een innovatie met een groot potentieel, volgens Albert Liu. “Deze algemene werkwijze met behulp van gecontroleerde breuk als productiemethode kan worden uitgebreid in vele lengteschalen," hij zegt. “[Het zou kunnen worden gebruikt] wezen elke 2-D gekozen materialen, in principe mogelijk toekomstige onderzoekers deze atomair dunne oppervlakken maat in elke gewenste vorm of voor toepassingen in andere vakgebieden.”

Dit is, Albert Liu zegt, “Een van de weinige manieren beschikbaar op dit moment om stand-alone geïntegreerde micro-elektronica te produceren op grote schaal”, die als onafhankelijk kan functioneren, vrij zwevende apparaten. Afhankelijk van de aard van de elektronica in, de apparaten kunnen worden voorzien van mogelijkheden voor beweging, detectie van verschillende chemicaliën of andere parameters, en geheugenopslag.

Er is een breed scala van mogelijke nieuwe toepassingen voor een dergelijke cel-sized robot apparaten, zegt Strano, die Gegevens veel van dergelijke mogelijke toepassingen in een boek dat hij co-auteur met Shawn Walsh, een expert in het Army Research Laboratories, over het onderwerp, riep “Robotic Systems en autonome Platforms,” ” wordt beschreven in een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd.

Als een demonstratie, het team “schreef” de letters M, ik, en T een geheugenreeks in een syncell, waarbij de informatie variërende niveaus van elektrische geleidbaarheid opslaat. Deze informatie kan dan worden “gelezen” via een elektrische sonde, waaruit blijkt dat het materiaal kan fungeren als een soort elektronisch geheugen waarin data kunnen worden geschreven, lezen, en gewist naar believen. Het kan ook de gegevens te bewaren, zonder de noodzaak om de macht, waarin de informatie wordt verzameld op een later tijdstip. De onderzoekers hebben aangetoond dat de deeltjes zijn stabiel over een periode van maanden, zelfs wanneer rondzweven in het water, dat een zware oplosmiddelen voor de elektronica, volgens Strano.

“Ik denk dat het opent een hele nieuwe toolkit voor micro- en nanofabricage," hij zegt.

Daniel Goldman, een hoogleraar natuurkunde aan Georgia Tech, die niet betrokken was bij dit werk, zegt, “Het is ontwikkeld door de groep Professor Strano's technieken hebben het potentieel om microschaal intelligente apparaten die taken uit te kunnen bereiken dat er geen enkel deeltje alleen kan bereiken te creëren.”

Bron:

http://news.mit.edu, door David L. kaarsenmaker