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2020年08月28日 | 数百万个微型机器人可以用来抵抗体内疾病
2020-08-28 来源：振工链
研究人员已经建造了微型机器人，该机器人由硅光伏制成的简单电路（基本上是躯干和大脑）以及四个充当腿部的电化学致动器组成。
当激光照在光伏电池上时，机器人会行走。
这些机器人绝对很小－高达14，000立方微米－约为草履虫大小。
据说冠状病毒的直径约为120纳米。有1，000纳米到1微米或微米。换句话说，这些机器人足够小，可以直接处理冠状病毒颗粒，而又足够大，可以将大量的它们捕获起来。
由康奈尔（Cornell）领导的合作研发了被称为第一个结合了半导体组件的微型机器人，从而使它们能够通过标准电子信号进行控制并使其行走。
这些机器人的大小大约为草履虫大小，为利用基于硅的情报构建甚至更复杂的版本提供了模板，可以批量生产，并且有一天可能穿越人体组织和血液。
这项合作是由物理学教授Itai Cohen，艺术和科学学院的John A． Newman物理科学的Paul McEuen教授以及他们的前博士后研究员Marc Miskin领导的，他现在是宾夕法尼亚大学的助理教授，振工链工业自动化平台。
该团队的论文“电子集成，批量生产的微型机器人”于2020年8月26日在《自然》杂志上发表。
从微观传感器到基于石墨烯的折纸机，步行机器人是Cohen和McEuen以前的纳米级产品的最新迭代，并且在许多方面都是进化。
新的机器人厚约5微米（一微米是一米的百万分之一），宽40微米，长度范围从40到70微米。
每个机器人都由一个简单的电路构成，该电路由硅光伏材料制成，该电路本质上起着躯干和大脑的作用，而四个电化学致动器起着腿的作用。
就像微型机器可能看起来很基本一样，创造腿是一项巨大的壮举。
“在某种意义上说，从机器人的大脑来看，我们只是在利用现有的半导体技术，使它变得小巧而可释放”，纳米级科学和微系统工程（NEXT Nan
o）工作组联合主席McEuen说，教务长的自由基合作计划的一部分，并指导康奈尔大学纳米科学的卡夫利研究所。
麦克尤恩说：“但是腿以前不存在。” “没有可以使用的小型电激活执行器。因此，我们必须发明这些，然后将它们与电子设备结合起来。”
该团队使用原子层沉积和光刻技术，用厚度仅为几十个原子的铂金条构造了支腿，铂金的一侧被一层惰性钛覆盖。
在对铂施加正电荷时，带负电的离子将从周围溶液中吸附到暴露的表面上，以中和电荷，振工链工业自动化平台。
这些离子迫使裸露的铂膨胀，使带弯曲。条带的超薄特性使材料可以急剧弯曲而不会断裂。
为了帮助控制3D肢体运动，研究人员在条带顶部构图了刚性聚合物面板。面板之间的间隙就像膝盖或脚踝一样起作用，从而允许腿部以受控方式弯曲，从而产生运动。
研究人员通过在不同的光电装置上闪烁激光脉冲来控制机器人，每个光电装置为一组单独的腿充电。通过在前后光伏之间来回切换激光，机器人可以行走。
“虽然这些机器人的功能很原始－它们不是很快，但它们没有很多计算能力－我们为使它们与标准微芯片制造兼容而进行的创新为使这些微型机器人变得智能化打开了大门，快速且可批量生产。”科恩说。
“这实际上只是弓箭的第一枪，嘿，我们可以在一个微型机器人上进行电子集成。”
机器人肯定是高科技的，但是它们以低电压（200毫伏）和低功率（10纳瓦）运行，并且在尺寸上保持坚固。由于它们是采用标准光刻工艺制造的，因此可以并行制造：在4英寸的硅晶圆上可安装约100万个机器人。
研究人员正在探索用更复杂的电子设备和机载计算来增强机器人的方法－改进有一天可能会导致大量微型机器人爬行并重组材料，缝合血管或被大规模派遣以探测大范围的机器人。人脑。
“控制一个小型机器人可能会尽可能地缩小自己。该研究的主要作者米斯金说：“我认为像这样的机器将把我们带入各种各样的世界，这些世界太小了而看不见。”
合著者包括Samuel B． Eckert工程学教授David Muller。康奈尔总统博士后研究员Alejandro Cortese博士；博士后研究员刘庆坤；博士生曹Michael，凯尔·多尔西和迈克尔·雷诺兹；和爱德华·埃斯波西托（Edward Esposito），前科恩实验室的大学职员兼技术员。
“这项研究突破为研究与活性物质物理有关的新问题提供了令人兴奋的科学机会，并可能最终导致未来派机器人材料的发展，”美国陆军研究办公室项目经理山姆·斯坦顿说。研究实验室，为研究提供了支持。
空军科学研究所，康奈尔大学材料研究中心（由美国国家科学基金会的材料研究科学与工程中心计划）以及康奈尔大学纳米科学专业的卡夫里研究所提供了额外的支持。这项工作是在康奈尔大学纳米级科学技术实验室进行的，振工链工业自动化平台。
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