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物理学家为改变形状、细胞大小的机器人制造肌肉

来源:Cornell University 2018-01-11 13:56 1556人浏览

【盖德化工网 每日热点】一个通电,环境感应,改变形状的机器,大小的人的细胞?这是否可能呢?

Credit: Marc Miskin, Cornell University

康奈尔大学的物理学家Paul McEuen和Itai Cohen不仅说“是的”,而且实际上他们已经为一个人建造了“肌肉”。

在博士后研究人员Marc Miskin的指导下,该团队制作了一种机器人外骨骼,它可以在感觉到周围环境的化学或热变化后迅速改变形状。他们还声称,这些配备了电子、光电和化学载荷的微型机器可以成为机器人技术的强大平台,达到生物微生物的规模。

“你可以把宇宙飞船的计算能力放在一个细胞大小的物体上。” Cohen说,“那么,你要去哪里探险呢?”

“我们正在努力为电子学打造一种你可能称之为‘外骨骼’的东西。”John A. Newman物理学教授McEuen 教授说,“现在,你可以制造出能够处理大量信息的小型计算机芯片……但它们不知道如何移动或导致某些东西弯曲。”

他们的工作在1月2日的国家科学院的《基于石墨烯的微米级自动折纸机双晶硅片》中进行了概述。Miskin是主要作者;其他贡献者包括David Muller,,Samuel B. Eckert教授和博士生Kyle Dorsey,Baris Bircan 和Yimo Han。

这些机器使用一种叫做双晶片的马达来运转。双晶片是一个两种材料的组装——在这种情况下,石墨烯和玻璃——当受热、化学反应或施加电压的刺激时,会发生弯曲。形状的变化是由于在受热的情况下,两种不同的热反应材料在相同的温度变化下膨胀的量不同。

因此,双晶片弯曲,以减轻一些这种应变,允许一个层延伸比另一个更长。通过添加不能被双晶片弯曲的刚性平板,研究人员将弯曲定位在特定的地方,从而形成褶皱。有了这个概念,他们就能做出从四面体(三角金字塔)到立方体的各种折叠结构。

在石墨烯和玻璃的情况下,双晶型也会由于化学刺激而折叠,将大的离子驱赶进玻璃中,使之膨胀。通常这种化学活性只发生在玻璃的最外缘时,淹没在水或其他离子液体。因为他们的双晶玻璃只有几纳米厚,所以玻璃基本上都是外边,非常活泼。

“这是一个很巧妙的把戏,”Miskin说,“因为只有使用这些纳米级系统,你才能做到这一点。”

双晶片是用原子层沉积法建造的——用化学方法将二氧化硅的原子薄层涂在覆盖层上的铝层上——然后将一层石墨烯涂在上面。其结果是有史以来最薄的双晶片。其中一台机器被描述为“比红血球大三倍,比一个大神经元小三倍”。这种尺寸的折叠脚手架以前已经建成,但是这个团体的版本有一个明显的优势。

“我们的设备与半导体制造是兼容的。”Cohen说。“这就是我们对机器人的未来展望在这个范围内的原因。”

Miskin说,由于石墨烯的相对强度,它可以处理电子应用所需要的负载类型。“如果你想制造这种电子外骨骼,”他说,“你需要它能够产生足够的力量来携带这些电子设备。我们的就是这样。”

目前,这些极小的微型机器在电子学、生物传感或其他领域都没有商业应用。但McEuen说,这项研究将推动了纳米机器人技术的发展。

“目前,小型机器没有‘肌肉’。”他说,“所以我们正在制造小型肌肉。”

这项工作在康奈尔科学和技术研究所进行,康奈尔材料研究中心、国家科学基金会、空军科学研究办公室和康奈尔大学卡夫利研究所提供了支持。

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