戀夜直播app官方正版下载_戀夜直播高品质美女在线视频互动社区_戀夜直播官方版

閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
深度解讀

微型機(jī)器人:由激光驅(qū)動(dòng),未來(lái)可用于顯微外科手術(shù)!

星之球科技 來(lái)源:環(huán)球創(chuàng)新智慧2020-08-27 我要評(píng)論(0 )   

導(dǎo)讀  據(jù)美國(guó)康奈爾大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,該校研究人員領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)出首個(gè)含半導(dǎo)體元件的微型機(jī)器人。該機(jī)器人的尺寸與草履蟲(chóng)相仿,可用激光控制其腿部行走。  背景  195...

導(dǎo)讀

  據(jù)美國(guó)康奈爾大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,該校研究人員領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)出首個(gè)含半導(dǎo)體元件的微型機(jī)器人。該機(jī)器人的尺寸與草履蟲(chóng)相仿,可用激光控制其腿部行走。


  背景

  1959年,前康奈爾大學(xué)物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)發(fā)表了著名的演講“《在底部還有很大空間》(There’s Plenty of Room at the Bottom)”。在這篇演講中,他描述了“微縮技術(shù)(shrinking technology)”的機(jī)遇,從機(jī)器到計(jì)算機(jī)芯片再到極小的尺寸。

  

  費(fèi)曼率先提出將微型機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)療的想法,按照他的說(shuō)法就是“吞下外科醫(yī)生”。這些“外科醫(yī)生”也就是微納機(jī)器人。受自然界微生物自由運(yùn)動(dòng)啟發(fā),人類通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光場(chǎng)等手段可以有效地驅(qū)動(dòng)這些微納機(jī)器人。微納機(jī)器人在無(wú)創(chuàng)手術(shù)、靶向藥物運(yùn)輸和生物傳感檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

  

  可重構(gòu)的微型機(jī)器人,由電磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制,可在人體內(nèi)運(yùn)動(dòng),進(jìn)行給藥或者手術(shù)。(圖片來(lái)源:EPFL/EPFZ)

  將電子器件微型化以生產(chǎn)細(xì)胞大小的微型機(jī)器人,一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。但由于缺乏合適的微米級(jí)致動(dòng)器系統(tǒng),這項(xiàng)技術(shù)一直受到限制。十多年來(lái),科學(xué)家們一直在努力開(kāi)發(fā)可使微型機(jī)器人在體液中行進(jìn)的微米級(jí)致動(dòng)器。

  創(chuàng)新

  近日,一項(xiàng)由美國(guó)康奈爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的合作創(chuàng)造出了首個(gè)含半導(dǎo)體元件的微型機(jī)器人,它由標(biāo)準(zhǔn)的電子信號(hào)進(jìn)行控制,而且能夠行走。

  

  這些機(jī)器人的尺寸與草履蟲(chóng)相仿,為利用硅基智能構(gòu)造更復(fù)雜的版本提供了模板。它們可以大規(guī)模生產(chǎn),有朝一日可以穿越人體的組織和血液。

  這項(xiàng)合作由康奈爾大學(xué)物理系教授伊泰·科恩(Itai Cohen),物理科學(xué)教授保羅·麥克尤恩(Paul McEuen)以及他們的前任博士后研究員、現(xiàn)任賓夕法尼亞大學(xué)助理教授的馬克·米斯金(Marc Miskin)領(lǐng)導(dǎo)。

  團(tuán)隊(duì)的論文“《電子集成、可大規(guī)模生產(chǎn)的微型機(jī)器人》(Electronically Integrated, Mass-Manufactured, Microscopic Robots)”于8月26日發(fā)表在《自然》雜志上。

  技術(shù)

  這款行走的機(jī)器人是在科恩與麥克尤恩此前研發(fā)的納米機(jī)器的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的,從微型傳感器到石墨烯基折紙機(jī)器人。

  

  

  這款新型機(jī)器人大約5微米厚(一微米等于百萬(wàn)分之一米),40微米寬,根據(jù)不同的用途可在40微米到70微米范圍內(nèi)調(diào)整其整體長(zhǎng)度。每個(gè)機(jī)器人的“大腦”和“身體”都是由硅光伏電路組成,“腿”是由四重電化學(xué)致動(dòng)器制成。

  

  這些微型機(jī)器人看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單,但是創(chuàng)造“腿”卻是一項(xiàng)巨大的成就。

  麥克尤恩表示:“從某種意義上說(shuō),從這款機(jī)器人的大腦來(lái)看,我們只是在利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù),使它變得小型化且可發(fā)布。但腿之前是不存在的,因?yàn)闆](méi)有可供使用的、可通過(guò)電氣激活的小型致動(dòng)器。因此,我們必須發(fā)明這些,然后將它們與電子器件結(jié)合起來(lái)。”

  團(tuán)隊(duì)用原子層沉積與光刻技術(shù),通過(guò)只有幾十個(gè)原子厚的鉑條構(gòu)造出了腿,鉑條一側(cè)覆蓋著一薄層惰性鈦。對(duì)鉑施加正電荷時(shí),周圍溶液中帶負(fù)電荷的離子就被吸收到暴露的鉑表面上,以中和電荷。這些離子迫使暴露的鉑膨脹,使鉑條彎曲。由于鉑條超薄,所以材料能夠急劇彎曲而不會(huì)斷裂。為了幫助控制三維肢體運(yùn)動(dòng),研究人員在條帶頂部安上了剛性聚合物面板。面板之間的間隙相當(dāng)于膝蓋或腳踝,從而使腿部以受控方式彎曲并產(chǎn)生移動(dòng)。

  機(jī)器人的前后腿由兩組不同的光電池控制,當(dāng)光電池受到激光照射時(shí),就會(huì)分別為前后腿充電。通過(guò)在兩組光電池之間來(lái)回切換激光,研究人員就可以控制機(jī)器人行走。

  

  
科恩表示:“雖然這些機(jī)器人的功能很原始,行走不快,但它們并不需要太高的計(jì)算能力。我們的創(chuàng)新使它們與標(biāo)準(zhǔn)微芯片制造工藝兼容,從而為這些微型機(jī)器人變得智能化、快速、可量產(chǎn)打開(kāi)了大門。這實(shí)際上只是第一步,表明我們可以在微型機(jī)器人上進(jìn)行電子集成?!?/p>

  盡管技術(shù)含量很高,但這款機(jī)器人卻可以在200毫伏的低電壓和10納瓦的低功率條件下運(yùn)行。雖然體積很小,但它依然保持強(qiáng)壯堅(jiān)固。因?yàn)檫@款機(jī)器人是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝制成的,所以它可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行生產(chǎn):4英寸的硅晶圓上可以容納約100萬(wàn)個(gè)機(jī)器人。

  研究人員正在探索用更復(fù)雜的電子器件和機(jī)載計(jì)算來(lái)改善機(jī)器人,這些改善或?qū)⑹沟贸扇旱奈⑿蜋C(jī)器人在材料中爬行并重組材料,或者縫合血管,或者一起探測(cè)人腦的大片區(qū)域。

  【1】Marc Z. Miskin, Alejandro J. Cortese, Kyle Dorsey, Edward P. Esposito, Michael F. Reynolds, Qingkun Liu, Michael Cao, David A. Muller, Paul L. McEuen, Itai Cohen. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots.Nature, 2020; 584 (7822): 557 DOI: 10.1038/s41586-020-2626-9
【2】https://news.cornell.edu/stories/2020/08/laser-jolts-microscopic-electronic-robots-motion


轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

制造業(yè)激光激光技術(shù)
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來(lái)源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來(lái)源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀