Jinsi ya kutengeneza roboti zenye ukubwa wa seli kwa wingi: Mbinu kutoka MIT inaweza kusababisha ndogo, vifaa vya kujitegemea kwa mazingira, viwanda, au ufuatiliaji wa matibabu.

Roboti ndogo sio kubwa kuliko seli inaweza kuzalishwa kwa wingi kwa kutumia njia mpya iliyoundwa na watafiti huko MIT.. Vifaa vya microscopic, ambayo timu inaita "syncellls" (kifupi kwa seli za syntetisk), hatimaye inaweza kutumika kufuatilia hali ndani ya bomba la mafuta au gesi, au kutafuta ugonjwa huku ukielea kwenye mkondo wa damu.

Picha hii inaonyesha miduara kwenye laha ya graphene ambapo laha limewekwa juu ya safu ya machapisho ya duara, kuunda mikazo ambayo itasababisha diski hizi kutengana na laha. Upau wa kijivu kwenye karatasi ni kioevu kinachotumiwa kuinua diski kutoka kwa uso. Picha: Felice Frankel

Ufunguo wa kutengeneza vifaa vidogo kama hivyo kwa wingi upo katika njia ambayo timu ilibuni ili kudhibiti mchakato wa asili wa kuvunjika kwa nyembamba-atomi., vifaa vya brittle, kuelekeza mistari ya fracture ili watoe mifuko midogo ya saizi na umbo linalotabirika. Zilizopachikwa ndani ya mifuko hii ni saketi za kielektroniki na nyenzo zinazoweza kukusanya, rekodi, na data ya pato.

Mchakato wa riwaya, inayoitwa "autoperforation,” imefafanuliwa katika karatasi iliyochapishwa leo kwenye jarida Nyenzo za asili, na MIT Profesa Michael Strano, postdoc Pingwei Liu, mwanafunzi aliyehitimu Albert Liu, na wengine wanane huko MIT.

Mfumo hutumia aina ya kaboni yenye pande mbili inayoitwa graphene, ambayo huunda muundo wa nje wa visawazishaji vidogo. Safu moja ya nyenzo imewekwa juu ya uso, kisha dots ndogo za nyenzo ya polima, iliyo na vifaa vya elektroniki vya vifaa, zimewekwa na toleo la kisasa la maabara la kichapishi cha inkjet. Basi, safu ya pili ya graphene imewekwa juu.

Kuvunjika kwa kudhibitiwa

Watu hufikiria graphene, nyenzo ultrathin lakini nguvu sana, kama "floppy,” lakini kwa kweli ni brittle, Strano anaeleza. Lakini badala ya kuzingatia kwamba brittleness tatizo, timu iligundua kuwa inaweza kutumika kwa faida yao.

"Tuligundua kuwa unaweza kutumia brittleness,” anasema Ajabu, ambaye ni Carbon P. Dubbs Profesa wa Uhandisi wa Kemikali huko MIT. "Ni kinyume. Kabla ya kazi hii, ikiwa uliniambia unaweza kuvunja nyenzo kudhibiti umbo lake kwenye nanoscale, ningekuwa siamini.”

Lakini mfumo mpya hufanya hivyo. Inadhibiti mchakato wa fracturing ili badala ya kutoa vipande vya nyenzo bila mpangilio, kama mabaki ya dirisha lililovunjika, inazalisha vipande vya sura na ukubwa sare. "Tulichogundua ni kwamba unaweza kuweka uwanja wa shida kusababisha fracture iongozwe, na unaweza kutumia hiyo kwa utengenezaji uliodhibitiwa,Ajabu inasema.

Wakati safu ya juu ya graphene imewekwa juu ya safu ya dots za polima, ambayo huunda maumbo ya nguzo ya duara, mahali ambapo graphene inajifunika juu ya kingo za pande zote za nguzo huunda mistari ya shida kubwa kwenye nyenzo.. Kama Albert Liu anavyoelezea, “wazia kitambaa cha meza kikianguka polepole kwenye uso wa meza ya duara. Mtu anaweza kwa urahisi sana kuona taswira inayoendelea ya mduara kuelekea kingo za jedwali, na hiyo inafanana sana na kile kinachotokea wakati karatasi gorofa ya graphene inajikunja kuzunguka nguzo hizi za polima zilizochapishwa.

Matokeo yake, fractures ni kujilimbikizia haki pamoja na mipaka hiyo, Ajabu inasema. "Na kisha kitu cha kushangaza kinatokea: Graphene itavunjika kabisa, lakini sehemu iliyovunjika itaongozwa kuzunguka pembezoni mwa nguzo.” Matokeo yake ni nadhifu, kipande cha duara cha grafiti ambacho kinaonekana kana kwamba kimekatwa kwa njia safi na ngumi ya shimo ndogo.

Kwa sababu kuna tabaka mbili za graphene, juu na chini ya nguzo za polima, diski mbili zinazotokana hushikamana kwenye kingo zao ili kuunda kitu kama mfuko mdogo wa mkate wa pita, na polima imefungwa ndani. "Na faida hapa ni kwamba hii kimsingi ni hatua moja,” tofauti na hatua nyingi changamano za chumba safi zinazohitajika na michakato mingine ili kujaribu kutengeneza vifaa vya roboti hadubini, Ajabu inasema.

Watafiti pia wameonyesha kuwa vifaa vingine vya pande mbili pamoja na graphene, kama vile molybdenum disulfide na boronitridi ya hexagonal, kazi sawa sawa.

Roboti zinazofanana na seli

Kuanzia ukubwa wa chembe nyekundu ya damu ya binadamu, kuhusu 10 micrometers kote, hadi kuhusu 10 mara ukubwa huo, vitu hivi vidogo “vinaanza kuonekana na kujiendesha kama chembe hai ya kibiolojia. Kwa kweli, chini ya darubini, pengine unaweza kuwashawishi watu wengi kuwa ni seli,Ajabu inasema.

Kazi hii inafuatia utafiti wa awali na Strano na wanafunzi wake juu ya kutengeneza visawazishaji ambavyo vinaweza kukusanya taarifa kuhusu kemia au sifa nyinginezo za mazingira yao kwa kutumia vitambuzi kwenye uso wao., na kuhifadhi habari kwa ajili ya kurejesha baadaye, kwa mfano kuingiza kundi la chembe hizo kwenye ncha moja ya bomba na kuzirudisha kwa upande mwingine ili kupata data kuhusu hali ndani yake.. Ingawa visanduku vipya bado havina uwezo mwingi kama zile za awali, hizo zilikusanywa kibinafsi, ilhali kazi hii inaonyesha njia ya kutengeneza vifaa hivyo kwa wingi kwa urahisi.

Kando na utumiaji unaowezekana wa ulandanishi kwa ufuatiliaji wa kiviwanda au wa kimatibabu, jinsi vifaa vidogo vinavyotengenezwa yenyewe ni uvumbuzi na uwezo mkubwa, kulingana na Albert Liu. "Utaratibu huu wa jumla wa kutumia fracture iliyodhibitiwa kama njia ya uzalishaji inaweza kupanuliwa kwa mizani nyingi za urefu,baada ya hapo watapokea maoni ya sifa kutoka kwa watafiti - ambayo Revelle anasema inaweza kuwa muhimu zaidi kuliko kujua aina yako ya utu.. "[Inaweza kutumika na] kimsingi nyenzo zozote za 2-D za chaguo, kimsingi kuruhusu watafiti wa siku za usoni kurekebisha nyuso hizi nyembamba za atomi katika umbo au umbo lolote linalohitajika kwa ajili ya matumizi katika taaluma zingine.

Hii ni, Albert Liu anasema, "mojawapo ya njia zinazopatikana sasa hivi za kutengeneza maikrolektroniki zilizojumuishwa kwa kiwango kikubwa" ambazo zinaweza kufanya kazi kama huru., vifaa vya kuelea bila malipo. Kulingana na asili ya umeme ndani, vifaa vinaweza kutolewa kwa uwezo wa harakati, kugundua kemikali mbalimbali au vigezo vingine, na uhifadhi wa kumbukumbu.

Kuna anuwai ya programu mpya zinazowezekana kwa vifaa vya roboti vya ukubwa wa seli, Anasema Ajabu, ambaye anafafanua matumizi mengi kama hayo katika kitabu alichoandika pamoja na Shawn Walsh, mtaalam katika Maabara za Utafiti wa Jeshi, juu ya somo, ni mashine inayoweza kuelekezwa kutekeleza mfuatano wa shughuli za hesabu au kimantiki moja kwa moja kupitia "Mifumo ya Roboti na Majukwaa ya Kujiendesha,” ambayo inachapishwa mwezi huu na Elsevier Press.

Kama onyesho, timu "iliandika" herufi M, Mimi, na T katika safu ya kumbukumbu ndani ya usawazishaji, ambayo huhifadhi habari kama viwango tofauti vya upitishaji umeme. Habari hii inaweza kisha "kusoma" kwa kutumia probe ya umeme, kuonyesha kuwa nyenzo zinaweza kufanya kazi kama aina ya kumbukumbu ya kielektroniki ambayo data inaweza kuandikwa, soma, na kufutwa kwa mapenzi. Inaweza pia kuhifadhi data bila hitaji la nguvu, kuruhusu taarifa kukusanywa baadaye. Watafiti wameonyesha kuwa chembe hizo ni dhabiti kwa muda wa miezi hata wakati zinaelea ndani ya maji., ambayo ni kutengenezea vikali kwa vifaa vya elektroniki, kulingana na Strano.

"Nadhani inafungua zana mpya ya zana kwa micro- na nanofabrication,baada ya hapo watapokea maoni ya sifa kutoka kwa watafiti - ambayo Revelle anasema inaweza kuwa muhimu zaidi kuliko kujua aina yako ya utu..

Daniel Goldman, profesa wa fizikia katika Georgia Tech, ambaye hakuhusika na kazi hii, anasema, "Mbinu zilizotengenezwa na kikundi cha Profesa Strano zina uwezo wa kuunda vifaa vyenye akili ndogo ambavyo vinaweza kukamilisha kazi pamoja ambazo hakuna chembe moja inayoweza kutimiza peke yake."

Chanzo:

http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia, na David L. Chandler