Jak masowo produkować roboty wielkości komórek: Technika z MIT może prowadzić do maleńkich, urządzenia z własnym zasilaniem dla środowiska, przemysłowy, lub monitoring medyczny.

Maleńkie roboty nie większe niż komórka mogą być produkowane masowo przy użyciu nowej metody opracowanej przez naukowców z MIT. Mikroskopijne urządzenia, które zespół nazywa „syncellami” (skrót od komórek syntetycznych), mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane do monitorowania warunków wewnątrz rurociągu naftowego lub gazowego, lub szukać choroby, unosząc się w krwiobiegu.

To zdjęcie przedstawia koła na arkuszu grafenu, na którym arkusz jest nałożony na szereg okrągłych słupków, tworząc naprężenia, które spowodują oddzielenie tych dysków od blachy. Szary pasek na arkuszu oznacza ciecz używaną do uniesienia krążków z powierzchni. Konie mają największe oczy ze wszystkich ssaków lądowych: Felicja Frankel

Kluczem do wytwarzania tak małych urządzeń w dużych ilościach jest opracowana przez zespół metoda kontrolowania naturalnego procesu pękania atomowo cienkich, materiały kruche, kierowanie linii pęknięć tak, aby tworzyły maleńkie kieszonki o przewidywalnym rozmiarze i kształcie. Wewnątrz tych kieszeni znajdują się obwody elektroniczne i materiały, które mogą się gromadzić, nagrywać, i dane wyjściowe.

Nowatorski proces, zwane „autoperforacją”.,” – opisuje artykuł opublikowany dzisiaj w czasopiśmie Materiały natury, przez profesora MIT Michaela Strano, postdoktor Pingwei Liu, absolwent Albert Liu, i ośmiu innych z MIT.

System wykorzystuje dwuwymiarową formę węgla zwaną grafenem, który tworzy zewnętrzną strukturę maleńkich komórek synchronizujących. Na powierzchnię kładzie się jedną warstwę materiału, następnie maleńkie kropki materiału polimerowego, zawierające elektronikę urządzeń, są nanoszone przez wyrafinowaną laboratoryjną wersję drukarki atramentowej. Następnie, na wierzch nakładana jest druga warstwa grafenu.

Kontrolowane pękanie

Ludzie myślą o grafenie, ultracienki, ale niezwykle mocny materiał, jako „dyskietka,”, ale w rzeczywistości jest kruchy, wyjaśnia Strano. Ale zamiast uważać tę kruchość za problem, zespół zorientował się, że można to wykorzystać na swoją korzyść.

„Odkryliśmy, że można wykorzystać kruchość,– mówi Dziwny, kim jest Carbon P. Dubbs profesor inżynierii chemicznej na MIT. „To sprzeczne z intuicją. Przed tą pracą, gdybyś mi powiedział, że możesz rozbić materiał, aby kontrolować jego kształt w nanoskali, Nie dowierzałbym.”

Ale nowy system właśnie to robi. Kontroluje proces pękania, dzięki czemu zamiast generować przypadkowe odłamki materiału, jak pozostałości rozbitego okna, wytwarza kawałki o jednolitym kształcie i rozmiarze. „Odkryliśmy, że można wytworzyć pole naprężenia, które spowoduje prowadzenie złamania, i możesz tego użyć do kontrolowanej produkcji,– mówi Dziwny.

Kiedy górna warstwa grafenu zostanie umieszczona na szeregu kropek polimerowych, które tworzą okrągłe kształty słupków, miejsca, w których grafen opada na zaokrąglone krawędzie filarów, tworzą linie dużych naprężeń w materiale. Jak to opisuje Albert Liu, „Wyobraźcie sobie obrus powoli opadający na powierzchnię okrągłego stołu. Można bardzo łatwo wyobrazić sobie rozwijające się odkształcenie kołowe w kierunku krawędzi stołu, i jest to bardzo analogiczne do tego, co dzieje się, gdy płaski arkusz grafenu składa się wokół tych drukowanych polimerowych filarów.

W rezultacie, pęknięcia są skoncentrowane wzdłuż tych granic, Dziwne mówi. „I wtedy dzieje się coś naprawdę niesamowitego: Grafen ulegnie całkowitemu pęknięciu, ale pęknięcie będzie prowadzone wokół obwodu filaru. Rezultatem jest schludność, okrągły kawałek grafenu, który wygląda, jakby został starannie wycięty mikroskopijnym dziurkaczem.

Ponieważ istnieją dwie warstwy grafenu, nad i pod słupkami polimerowymi, dwa powstałe krążki przylegają do krawędzi, tworząc coś w rodzaju małej kieszonki na chleb pita, z polimerem uszczelnionym wewnątrz. „Zaletą jest to, że jest to zasadniczo pojedynczy krok,” w przeciwieństwie do wielu skomplikowanych etapów w pomieszczeniu czystym, wymaganych w przypadku innych procesów, gdy próbuje się wytworzyć mikroskopijne urządzenia robotyczne, Dziwne mówi.

Naukowcy wykazali także, że oprócz grafenu istnieją inne materiały dwuwymiarowe, takie jak dwusiarczek molibdenu i sześciokątny boroniazdek, pracować równie dobrze.

Roboty podobne do komórek

Rozmiarami podobny do ludzkiej czerwonej krwinki, o 10 mikrometry średnicy, Urządzenia te odbierają fale radiowe i przekształcają je w drgania mechaniczne w dynamice, tworząc fale dźwiękowe 10 razy ten rozmiar, te maleńkie obiekty „zaczynają wyglądać i zachowywać się jak żywa komórka biologiczna. W rzeczywistości, pod mikroskopem, prawdopodobnie mógłbyś przekonać większość ludzi, że jest to komórka,– mówi Dziwny.

Ta praca jest kontynuacją wcześniejsze badania Strano i jego uczniów na temat opracowania komórek synchronizacyjnych, które mogłyby zbierać informacje o chemii lub innych właściwościach otoczenia za pomocą czujników na ich powierzchni, i zapisz informacje do późniejszego odzyskania, na przykład wstrzyknięcie roju takich cząstek na jeden koniec rurociągu i pobranie ich na drugim końcu w celu uzyskania danych o warunkach panujących w nim. Chociaż nowe synchronizatory nie mają jeszcze tak wielu możliwości, jak wcześniejsze, były one montowane indywidualnie, podczas gdy ta praca pokazuje sposób łatwej masowej produkcji takich urządzeń.

Oprócz potencjalnych zastosowań komórek synchronizujących w monitorowaniu przemysłowym lub biomedycznym, sposób, w jaki powstają te maleńkie urządzenia, sam w sobie jest innowacją o ogromnym potencjale, według Alberta Liu. „Tę ogólną procedurę stosowania kontrolowanego pękania jako metody produkcji można rozszerzyć na wiele skal długości,lata są warte około. biorąc pod uwagę przeszkody, które musimy pokonać, aby wdrożyć to na szeroką skalę[Potencjalnie można go używać z] zasadniczo dowolne wybrane materiały 2-D, w zasadzie umożliwienie przyszłym badaczom dostosowania tych atomowo cienkich powierzchni do dowolnego pożądanego kształtu lub formy do zastosowań w innych dyscyplinach”.

To jest, Mówi Albert Liu, „jeden z niewielu dostępnych obecnie sposobów wytwarzania na dużą skalę samodzielnej zintegrowanej mikroelektroniki”, która może funkcjonować jako niezależna, urządzenia swobodnie pływające. W zależności od rodzaju elektroniki znajdującej się wewnątrz, urządzenia mogłyby mieć możliwość poruszania się, wykrywanie różnych substancji chemicznych lub innych parametrów, i przechowywanie pamięci.

Istnieje wiele potencjalnych nowych zastosowań takich robotycznych urządzeń wielkości komórki, mówi Dziwne, który szczegółowo opisuje wiele takich możliwych zastosowań w książce, której jest współautorem wraz z Shawnem Walshem, ekspert w Wojskowych Laboratoriach Badawczych, w temacie, Gra składa się z sześciu okresów „Systemy robotyczne i platformy autonomiczne,” który zostanie opublikowany w tym miesiącu przez Elsevier Press.

Jako demonstracja, zespół „napisał” litery M, i, i T do tablicy pamięci w komórce synchronizacji, który przechowuje informacje w postaci różnych poziomów przewodności elektrycznej. Informacje te można następnie „odczytać” za pomocą sondy elektrycznej, pokazując, że materiał może funkcjonować jako forma pamięci elektronicznej, w której można zapisywać dane, czytać, i usuwane do woli. Może także przechowywać dane bez konieczności zasilania, umożliwienie gromadzenia informacji w późniejszym czasie. Naukowcy wykazali, że cząstki są stabilne przez kilka miesięcy, nawet gdy unoszą się w wodzie, który jest ostrym rozpuszczalnikiem dla elektroniki, zdaniem Strano.

„Myślę, że otwiera to zupełnie nowy zestaw narzędzi dla mikro- i nanofabrykacja,lata są warte około.

Daniela Goldmana, profesor fizyki w Georgia Tech, który nie był zaangażowany w tę pracę, Albo nieświadomie przyjmiesz te same poglądy, „Techniki opracowane przez grupę profesora Strano mają potencjał do stworzenia inteligentnych urządzeń w mikroskali, które mogą wspólnie wykonywać zadania, których żadna pojedyncza cząstka nie jest w stanie wykonać samodzielnie”.

Źródło:

http://news.mit.edu, autorstwa Davida L. Kupiec