"Когда я был ребенком, я помню, как смотрел в микроскоп и видел все эти безумные вещи, происходящие. Теперь мы создаем объекты такого размера.
Нам не нужно просто смотреть на этот мир. Вы действительно можете играть в него ", – сказал Марк Мискин, который разработал методы нанопроизводства вместе со своими коллегами профессорами Итаи Коэном и Полом МакИуэном и исследователем Алехандро Кортезе из Корнельского университета, в то время как Мискин был постдоком в лаборатории атомной физики и физики твердого тела. В январе он стал доцентом кафедры электротехники и системотехники Пенсильванского университета.
Мискин представит свое исследование микроскопических роботов на этой неделе на мартовском собрании Американского физического общества в Бостоне. Он также примет участие в пресс-конференции с описанием работы. Информация для входа в систему, чтобы смотреть и задавать вопросы удаленно, включена в конце этого пресс-релиза.
Истоки микророботов
В течение последних нескольких лет Мискин и его коллеги разработали многоступенчатую технику нанопроизводства, которая всего за несколько недель превращает 4-дюймовую специализированную силиконовую пластину в миллион микроскопических роботов. Каждые 70 микрон (ширина очень тонкого человеческого волоса), тела роботов сформированы из супертонкого прямоугольного каркаса из стекла, покрытого тонким слоем кремния, в который исследователи вытравливают его электронные компоненты управления и два или четыре кремниевые солнечные элементы – рудиментарный эквивалент мозга и органов.
«На самом высоком уровне объяснение того, как мы их производим, заключается в том, что мы берем технологии, разработанные в полупроводниковой промышленности, и используем их для создания крошечных роботов», – сказал Мискин.
Каждая из четырех ног робота состоит из двух слоев платины и титана (или графена). Платина наносится методом атомно-слоистого осаждения. «Это похоже на рисование атомами», – сказал Мискин. Затем платино-титановый слой разрезают на четыре ноги каждого робота толщиной 100 атомов.
"Ноги очень сильные", – сказал он. "Каждый робот несет тело, которое в 1000 раз толще и весит примерно в 8000 раз больше, чем каждая нога."
Исследователи направили лазер на одну из солнечных батарей робота, чтобы привести его в действие. Это заставляет платину в ноге расширяться, в то время как титан, в свою очередь, остается жестким, вызывая изгиб конечности. Походка робота создается потому, что каждый солнечный элемент вызывает попеременное сокращение или расслабление передних или задних ног.
Исследователи впервые увидели движение ноги робота за несколько дней до Рождества 2017 года. «Нога просто немного подергивалась», – вспоминал Мискин. "Но это была первая проверка концепции – это сработает!"
Команды в Корнелле и Пенсильвании сейчас работают над умными версиями роботов со встроенными датчиками, часами и контроллерами.
Текущий источник питания лазера ограничит контроль робота на расстоянии ширины ногтя от ткани.
Итак, Мискин думает о новых источниках энергии, включая ультразвук и магнитные поля, которые позволят этим роботам совершать невероятные путешествия в человеческом теле для таких миссий, как доставка лекарств или картографирование мозга.
«Мы обнаружили, что вы можете вводить их с помощью шприца, и они выживают – они все еще целы и функциональны – что довольно круто», – сказал он.