如何大规模生产细胞大小的机器人: 来自麻省理工学院的技术可能导致微小, 环保自供电设备, 产业, 或医疗监控.

微型机器人并不比细胞更大的可能是大规模生产使用的研究人员在麻省理工学院开发出一种新方法. 显微设备, 该研究小组将“syncells” (短合成细胞), 最终可能被用来监视石油或天然气管道内部条件, 或搜索出疾病，而通过血液浮动.

此照片显示了在其中片材被披在圆形柱的阵列的石墨烯片圆, 创建应力，这将导致这些光盘从纸张分离. 横跨片灰色条液体被用于从表面提起盘. 图片: 菲利斯弗兰克尔

在大批量制造这种微型设备的关键在于一种控制的原子轻薄自然的压裂工艺开发团队, 脆性材料, 引导所述骨折线，使它们产生可预测的尺寸和形状的口袋微乎其微. 嵌入式这些口袋里面是电子电路，并且可以收集材料, 记录, 和输出数据.

该新方法, 所谓“autoperforation,”今天的杂志上发表了一篇论文，描述 自然材料, 由麻省理工学院教授迈克尔·斯特拉诺, postdoc Pingwei Liu, 研究生刘伟业, ，8人在麻省理工学院.

该系统使用碳称为石墨烯的一二维形式, 形成微小syncells的外部结构. 所述材料的一个层铺设的表面上, 聚合物材料然后小点, 含有电子供设备, 通过喷墨打印机的先进的实验室版本沉积. 然后, 石墨烯的第二层放置在顶部.

控制压裂

人们认为石墨烯, 超薄但极其强大的物质, 为“软盘,”但它实际上是脆性, 斯特拉诺解释. 但是，而不是考虑到脆性问题, 球队想通了，它可以用来对自己有利.

“我们发现，您可以使用脆性,”斯特拉诺说, 谁是碳P. 化工Dubbs教授在麻省理工学院. “这是违反直觉的. 这项工作之前，, 如果你告诉我你可能破裂的材料在纳米尺度上控制其形状, 我会一直相信。”

但是，新的系统就是这样做的. 它控制压裂过程，使得，而不是生成材料的随机碎片, 像断了窗口的遗体, 它产生均匀的形状和尺寸的片. “我们发现的是，你可以并处应变场引起的骨折进行引导, 你可以使用受控制造,”斯特拉诺说.

当石墨烯的顶部层置于聚合物点的阵列上, 形成圆柱形状, 其中石墨烯窗帘在柱的圆边形成高应变的线路中的材料的地方. 正如阿尔伯特刘形容, “想象一下桌布慢慢往下落到圆形工作台的表面. 一个可以很容易可视化朝工作台边缘的显影圆形应变, 这就是非常类似于当石墨烯的平片围绕这些印刷聚合物支柱褶皱会发生什么。”

结果是, 裂缝沿着这些边界权浓缩, 斯特拉诺说，. “然后事情相当惊人的发生: 石墨烯将完全断裂, 但断裂将围绕支柱的外周被引导。”结果是一个整洁的, 轮片石墨烯，看起来就好像它由微观打孔被干净地切割出.

因为有石墨烯的两层, 上面和下面的聚合物支柱, 两个结果盘坚持在其边缘处形成像一个微小的皮塔饼口袋, 用密封在内部的聚合物. “这里的好处是，这基本上是一个单一的步骤,”相比于其他进程需要很多复杂的洁净室的步骤，以尽量使微小机器人设备, 斯特拉诺说，.

研究人员还表示，其他二维材料除石墨烯, 如二硫化钼和硼的六边形, 工作一样好.

细胞样的机器人

从一个人的红细胞的大小不等, 关于 10 跨微米, 高达约 10 该大小乘, 这些微小的对象“开始的外观和行为像一个活的生物细胞. 事实上, 在显微镜下, 你也许能说服大多数人，这是一个细胞,”斯特拉诺说.

这项工作遵循了上 早先的研究 斯特拉诺和他的学生开发的同步细胞可以使用表面上的传感器收集有关其周围环境的化学或其他特性的信息, 和存储用于以后的检索信息, 例如注入这种颗粒的一个群在管道的一端，并且在另一检索它们以获得有关其内部条件的数据. 虽然新syncells还没有的许多功能不如早期的, 这些单独组装, 而这项工作很容易证明的方式大量生产这样的设备.

除了syncells’为工业或生物医学监控潜在的用途, 微小的器件均采用的方式是本身具有巨大潜力的创新, 根据刘伟业. “使用受控骨折作为生产方法的该一般方法可在许多长度尺度被扩展,“ 他说. “[这可能与使用] 基本上任何选择的2-d材料, 原则上允许未来的研究人员对这些原子级薄的表面调整成任何所需的形状或形式为在其他学科的应用程序。”

这是, 阿尔伯特说，刘, 可作为独立的功能“的使用权，现在生产大规模独立的集成微电子的唯一方法”, 自由浮动装置. 根据内部电子的性质, 该设备可以提供各种功能，用于移动, 检测各种化学物质或其他参数, 和存储器.

有一个广泛的此类细胞大小的机器人设备潜在的新应用, 斯特拉诺说，, 谁记录了很多这种可能的用途在一本书中，他共同撰写的肖恩·沃尔​​什, 专家在陆军研究实验室, 就此主题而言, 叫 “机器人系统和自主平台,” 本月由爱思唯尔出版社出版.

作为示范, 团队“中写道”三个字母, 一世, 和T成syncell内的存储器阵列, 存储该信息作为导电性的不同水平. 然后，该信息可以是“读出”使用电探针, 表明该材料可以用作电子存储器中的形式在其中可写入数据的功能, 读, 和随意删除. 它也可以保留数据，而无需电源, 在以后的时间来收集信息，允许. 研究人员已经证明，粒子在水中漂浮，即使是在数月的稳定, 其是用于电子设备的苛刻溶剂, 根据斯特拉诺.

“我认为它开辟了微一个全新的工具包- 和纳米加工,“ 他说.

丹尼尔·戈德曼, 在佐治亚理工学院的物理学教授, 谁没有参与这项工作, 说, “通过斯特拉诺教授的研究小组开发的技术，必须创建一个可以完成的任务一起，没有任何一个粒子可以单独完成的微型智能设备的潜力。”

资源:

HTTP://news.mit.edu, 由大卫大号. 钱德勒