ナノサイズの折りたたみ式ロボット
完全に機能するナノサイズのロボットには、電子回路、太陽光発電、センサー、アンテナが必要です。ただし、ロボットを動かす必要がある場合は、ロボットを曲げることができなければなりません。研究者は、原子的に薄い2次元材料を3D構成に折りたたむことを可能にするミクロンサイズの形状記憶アクチュエータを作成しました。彼らが必要とするのは、電圧の素早い揺れだけです。そして、材料が曲げられると、電圧が除去された後でもその形状を保持します。
ウェーハから解放されて、形に折りたたまれ、自由に這い回り、さらに複雑な構造に組み立てられてタスクを実行する、100万台の製造された顕微鏡ロボットを想像してみてください。ロボットの形状記憶アクチュエータは、電圧で駆動し、曲がった形状を保持できます。
アクチュエータは、ミクロンよりも小さい曲率半径で曲がることができます。これは、電圧駆動アクチュエータの中で最も高い曲率であり、桁違いに大きくなります。微視的ロボット製造の基本原則の1つは、さまざまな付属肢をどれだけ小さく折りたたむことができるかによってロボットのサイズが決まるため、この柔軟性は重要です。曲がりがきつくなるほど、折り目は小さくなり、各マシンのフットプリントは小さくなります。また、これらの曲がりをロボットが保持できることも重要です。これにより、消費電力が最小限に抑えられます。これは、微細なロボットや機械に特に有利な機能です。
デバイスは、チタンまたは二酸化チタンのフィルムで覆われたプラチナのナノメートルの薄層で構成されています。二酸化ケイ素ガラスのいくつかの剛性パネルがそれらの層の上にあります。アクチュエータに正の電圧が印加されると、酸素原子が白金に打ち込まれ、白金原子と場所が入れ替わります。酸化と呼ばれるこのプロセスにより、プラチナは不活性ガラスパネル間の継ぎ目の片側で膨張し、構造を事前に指定された形状に曲げます。埋め込まれた酸素原子が集まってバリアを形成し、拡散を防ぐため、電圧が除去された後でも、マシンはその形状を保持できます。
デバイスに負の電圧を印加することにより、研究者は酸素原子を除去し、白金を元の状態にすばやく戻すことができます。また、ガラスパネルのパターンを変更することで、プラチナが上部と下部のどちらに露出しているかを変えることで、山や谷の折り目によって作動するさまざまな折り紙の構造を作成できます。
小さな層の厚さは約30原子ですが、1枚の紙の厚さは100,000原子である可能性があります。マシンは100ミリ秒以内に折りたたまれます。また、何千回も平らにして折りたたむことができます。そして、彼らは生命に電力を供給するためにたった1ボルトを必要とします。
チームは現在、形状記憶アクチュエータと回路を統合して、折り畳み式の脚を備えた歩行ロボットや、前方に波打つことで動くシート状のロボットの製造に取り組んでいます。これらの革新は、いつの日か、人間の組織から細菌感染を取り除くことができるナノロボット、製造業を変革できるマイクロファクトリー、および現在のデバイスの10分の1の小型のロボット手術器具につながる可能性があります。
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