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研究人員已經(jīng)建造了微型機(jī)器人，該機(jī)器人由硅光伏制成的簡單電路(基本上是軀干和大腦)以及四個(gè)充當(dāng)腿部的電化學(xué)致動(dòng)器組成。

當(dāng)激光照在光伏電池上時(shí)，機(jī)器人會(huì)行走。

這些機(jī)器人絕對很小-高達(dá)14，000立方微米-約為草履蟲大小。

據(jù)說直徑約為120納米。有1，000納米到1微米或微米。換句話說，這些機(jī)器人足夠小，可以直接處理顆粒，而又足夠大，可以將大量的它們捕獲起來。

由康奈爾(Cornell)領(lǐng)導(dǎo)的合作研發(fā)了被稱為第一個(gè)結(jié)合了半導(dǎo)體組件的微型機(jī)器人，從而使它們能夠通過標(biāo)準(zhǔn)電子信號進(jìn)行控制并使其行走。

這些機(jī)器人的大小大約為草履蟲大小，為利用基于硅的情報(bào)構(gòu)建甚至更復(fù)雜的版本提供了模板，可以批量生產(chǎn)，并且有一天可能穿越人體組織和血液。

這項(xiàng)合作是由物理學(xué)教授Itai Cohen，藝術(shù)和科學(xué)學(xué)院的John A. Newman物理科學(xué)的Paul McEuen教授以及他們的前博士后研究員Marc Miskin領(lǐng)導(dǎo)的，他現(xiàn)在是賓夕法尼亞大學(xué)的助理教授，振工鏈工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。

該團(tuán)隊(duì)的論文“電子集成，批量生產(chǎn)的微型機(jī)器人”于2020年8月26日在《自然》雜志上發(fā)表。

從微觀傳感器到基于石墨烯的折紙機(jī)，步行機(jī)器人是Cohen和McEuen以前的納米級產(chǎn)品的最新迭代，并且在許多方面都是進(jìn)化。

新的機(jī)器人厚約5微米(一微米是一米的百萬分之一)，寬40微米，長度范圍從40到70微米。

每個(gè)機(jī)器人都由一個(gè)簡單的電路構(gòu)成，該電路由硅光伏材料制成，該電路本質(zhì)上起著軀干和大腦的作用，而四個(gè)電化學(xué)致動(dòng)器起著腿的作用。

就像微型機(jī)器可能看起來很基本一樣，創(chuàng)造腿是一項(xiàng)巨大的壯舉。

“在某種意義上說，從機(jī)器人的大腦來看，我們只是在利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)，使它變得小巧而可釋放”，納米級科學(xué)和微系統(tǒng)工程(NEXT Nan

o)工作組聯(lián)合主席McEuen說，教務(wù)長的自由基合作計(jì)劃的一部分，并指導(dǎo)康奈爾大學(xué)納米科學(xué)的卡夫利研究所。

麥克尤恩說：“但是腿以前不存在。” “沒有可以使用的小型電激活執(zhí)行器。因此，我們必須發(fā)明這些，然后將它們與電子設(shè)備結(jié)合起來。”

該團(tuán)隊(duì)使用原子層沉積和光刻技術(shù)，用厚度僅為幾十個(gè)原子的鉑金條構(gòu)造了支腿，鉑金的一側(cè)被一層惰性鈦覆蓋。

在對鉑施加正電荷時(shí)，帶負(fù)電的離子將從周圍溶液中吸附到暴露的表面上，以中和電荷，振工鏈工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。

這些離子迫使裸露的鉑膨脹，使帶彎曲。條帶的超薄特性使材料可以急劇彎曲而不會(huì)斷裂。

為了幫助控制3D肢體運(yùn)動(dòng)，研究人員在條帶頂部構(gòu)圖了剛性聚合物面板。面板之間的間隙就像膝蓋或腳踝一樣起作用，從而允許腿部以受控方式彎曲，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

研究人員通過在不同的光電裝置上閃爍激光脈沖來控制機(jī)器人，每個(gè)光電裝置為一組單獨(dú)的腿充電。通過在前后光伏之間來回切換激光，機(jī)器人可以行走。

“雖然這些機(jī)器人的功能很原始-它們不是很快，但它們沒有很多計(jì)算能力-我們?yōu)槭顾鼈兣c標(biāo)準(zhǔn)微芯片制造兼容而進(jìn)行的創(chuàng)新為使這些微型機(jī)器人變得智能化打開了大門，快速且可批量生產(chǎn)。”科恩說。

“這實(shí)際上只是弓箭的第一槍，嘿，我們可以在一個(gè)微型機(jī)器人上進(jìn)行電子集成。”

機(jī)器人肯定是高科技的，但是它們以低電壓(200毫伏)和低功率(10納瓦)運(yùn)行，并且在尺寸上保持堅(jiān)固。由于它們是采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝制造的，因此可以并行制造：在4英寸的硅晶圓上可安裝約100萬個(gè)機(jī)器人。

研究人員正在探索用更復(fù)雜的電子設(shè)備和機(jī)載計(jì)算來增強(qiáng)機(jī)器人的方法-改進(jìn)有一天可能會(huì)導(dǎo)致大量微型機(jī)器人爬行并重組材料，縫合血管或被大規(guī)模派遣以探測大范圍的機(jī)器人。人腦。

“控制一個(gè)小型機(jī)器人可能會(huì)盡可能地縮小自己。該研究的主要作者米斯金說：“我認(rèn)為像這樣的機(jī)器將把我們帶入各種各樣的世界，這些世界太小了而看不見。”

合著者包括Samuel B. Eckert工程學(xué)教授David Muller?？的螤柌┦亢笱芯繂TAlejandro Cortese博士;博士后研究員劉慶坤;博士生曹Michael，凱爾·多爾西和邁克爾·雷諾茲;和愛德華·埃斯波西托(Edward Esposito)，前科恩實(shí)驗(yàn)室的大學(xué)職員兼技術(shù)員。

“這項(xiàng)研究突破為研究與活性物質(zhì)物理有關(guān)的新問題提供了令人興奮的科學(xué)機(jī)會(huì)，并可能最終導(dǎo)致未來派機(jī)器人材料的發(fā)展，”陸軍研究辦公室項(xiàng)目經(jīng)理山姆·斯坦頓說。研究實(shí)驗(yàn)室，為研究提供了支持。

空軍科學(xué)研究所，康奈爾大學(xué)材料研究中心(由國家科學(xué)基金會(huì)的材料研究科學(xué)與工程中心計(jì)劃)以及康奈爾大學(xué)納米科學(xué)專業(yè)的卡夫里研究所提供了額外的支持。這項(xiàng)工作是在康奈爾大學(xué)納米級科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，振工鏈工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。