Как массово производить роботов размером с клетку: Техника из Массачусетского технологического института может привести к крошечным, автономные устройства для окружающей среды, промышленный, или медицинское наблюдение.

Крошечные роботы размером не больше клетки могут производиться серийно с использованием нового метода, разработанного исследователями из Массачусетского технологического института.. Микроскопические устройства, которые команда называет «синкеллами» (сокращение от синтетических клеток), в конечном итоге может быть использован для мониторинга условий внутри нефте- или газопровода., или для обнаружения болезни, пока она плывет по кровотоку.

На этой фотографии показаны круги на графеновом листе, где лист накинут на ряд круглых столбиков., создавая напряжения, которые заставят эти диски отделиться от листа. Серая полоса на листе — жидкость, используемая для подъема дисков с поверхности.. Образ: Феличе Франкель

Ключ к созданию таких крошечных устройств в больших количествах лежит в методе, разработанном командой для управления естественным процессом разрушения атомарно тонких материалов., хрупкие материалы, направление линий перелома так, чтобы они образовывали крошечные карманы предсказуемого размера и формы.. Внутри этих карманов находятся электронные схемы и материалы, которые могут собирать, записывать, и выходные данные.

Новый процесс, называется «автоперфорация»,описано в статье, опубликованной сегодня в журнале Природные материалы, Профессор Массачусетского технологического института Майкл Страно, постдок Пинвэй Лю, аспирант Альберт Лю, и еще восемь человек в Массачусетском технологическом институте.

В системе используется двумерная форма углерода, называемая графеном., который формирует внешнюю структуру крошечных синклеток. На поверхность укладывается один слой материала., затем крошечные точки полимерного материала, содержащий электронику для устройств, наносятся с помощью сложной лабораторной версии струйного принтера.. затем, сверху укладывается второй слой графена.

Контролируемый ГРП

Люди думают о графене, ультратонкий, но чрезвычайно прочный материал, как «гибкий,», но на самом деле он хрупкий, Страно объясняет. Но вместо того, чтобы считать эту хрупкость проблемой, команда поняла, что это можно использовать в своих интересах.

«Мы обнаружили, что можно использовать хрупкость,- говорит Стрэндж, кто такой Карбон П. Даббс, профессор химической инженерии Массачусетского технологического института.. «Это противоречит здравому смыслу. До этой работы, if you told me you could fracture a material to control its shape at the nanoscale, Я бы отнесся к этому скептически.

Но новая система делает именно это.. Он контролирует процесс разрушения, поэтому вместо образования случайных осколков материала, как остатки разбитого окна, производит детали одинаковой формы и размера. «Мы обнаружили, что можно наложить поле деформации, чтобы перелом стал направленным., и вы можете использовать это для контролируемого производства,Стрэндж говорит.

Когда верхний слой графена помещается поверх массива полимерных точек., которые образуют круглые формы столбов, места, где графен нависает над закругленными краями опор, образуют линии высоких напряжений в материале. Как описывает это Альберт Лю, «Представьте, что скатерть медленно падает на поверхность круглого стола.. Можно очень легко визуализировать развивающуюся круговую деформацию по направлению к краям стола., и это очень похоже на то, что происходит, когда плоский лист графена сгибается вокруг этих печатных полимерных столбиков».

В следствии, трещины сосредоточены прямо вдоль этих границ, Странно говорит. «И тогда происходит что-то довольно удивительное.: Графен полностью разрушится., но перелом будет направлен по периферии колонны». Результат — аккуратный, круглый кусок графена, который выглядит так, будто его аккуратно вырезали микроскопическим дыроколом..

Потому что есть два слоя графена, над и под полимерными стойками, два получившихся диска слипаются по краям, образуя что-то вроде крошечного кармана для лаваша., с полимером, запечатанным внутри. «И преимущество здесь в том, что это, по сути, один шаг,в отличие от многих сложных этапов чистых помещений, необходимых в других процессах для создания микроскопических роботизированных устройств., Странно говорит.

Исследователи также показали, что помимо графена существуют и другие двумерные материалы., такие как дисульфид молибдена и гексагональный боронитрид, работать так же хорошо.

Клеточные роботы

Размер варьируется от размера эритроцита человека., около 10 микрометры в поперечнике, до примерно 10 раз этот размер, эти крошечные объекты «начинают выглядеть и вести себя как живая биологическая клетка».. по факту, под микроскопом, вы, вероятно, могли бы убедить большинство людей, что это клетка,Стрэндж говорит.

Эта работа является продолжением более ранние исследования Страно и его ученики о разработке синклеток, которые могли бы собирать информацию о химическом составе или других свойствах окружающей среды с помощью датчиков на их поверхности., и сохранить информацию для последующего извлечения, например, впрыскивая рой таких частиц в один конец трубопровода и извлекая их из другого, чтобы получить данные об условиях внутри него.. Хотя новые синселлы еще не обладают такими возможностями, как предыдущие., они были собраны индивидуально, тогда как эта работа демонстрирует способ легкого массового производства таких устройств..

Помимо потенциального использования синклеток для промышленного или биомедицинского мониторинга, способ изготовления крошечных устройств сам по себе является инновацией с огромным потенциалом., по словам Альберта Лю. «Эта общая процедура использования контролируемого разрушения в качестве метода добычи может быть распространена на многие масштабы.," он говорит. «[Потенциально его можно использовать с] практически любые двумерные материалы по выбору, в принципе, позволяя будущим исследователям придавать этим атомарно тонким поверхностям любую желаемую форму для применения в других дисциплинах».

Это, Альберт Лю говорит, «один из единственных способов, доступных на данный момент, для производства автономной интегрированной микроэлектроники в больших масштабах», которая может функционировать как независимая, свободно плавающие устройства. В зависимости от характера электроники внутри, устройствам может быть предоставлена ​​возможность перемещения, обнаружение различных химических веществ или других параметров, и память для хранения.

Существует широкий спектр потенциальных новых применений таких роботизированных устройств размером с ячейку., говорит Стрэндж, который подробно описывает множество таких возможных применений в книге, которую он написал в соавторстве с Шоном Уолшем., эксперт Армейских исследовательских лабораторий, на предмет, называется «Робототехнические системы и автономные платформы,» который публикуется в этом месяце издательством Elsevier Press..

В качестве демонстрации, команда «написала» буквы М, я, и T в массив памяти внутри ячейки синхронизации, который хранит информацию в виде различных уровней электропроводности.. Эту информацию затем можно «прочитать» с помощью электрического зонда., показывая, что материал может функционировать как форма электронной памяти, в которую могут быть записаны данные., читать, и стирается по желанию. Он также может сохранять данные без необходимости питания., возможность сбора информации позднее. Исследователи продемонстрировали, что частицы стабильны в течение нескольких месяцев, даже когда плавают в воде., который является агрессивным растворителем для электроники, по словам Страно.

«Я думаю, что это открывает совершенно новый набор инструментов для микро- и нанопроизводство," он говорит.

Дэниел Голдман, профессор физики Технологического института Джорджии, кто не участвовал в этой работе, говорит, «Методы, разработанные группой профессора Страно, имеют потенциал для создания микромасштабных интеллектуальных устройств, которые смогут вместе решать задачи, которые ни одна частица не может выполнить в одиночку».

Источник:

HTTP://news.mit.edu, Дэвид L. лавочник