如果你想构建一个功能齐全的纳米级机器人,只需要将电子电路、传感器、天线等一系列元件进行整合;但如果您想让它动起来,就需要能够弯曲的材料。
康奈尔大学的研究团队创造出微米大小的形状记忆驱动器,只需提供快速震荡电压,就可使原子大小厚度的平面材料能够自行折叠成立体的3D 构造。并且,一旦材料弯曲,即使是去除电压也能持续保持形状。研究成果于3月17日以「用于低功率微型机器人的微米级电可编程形状记忆驱动器」(Micrometer-Sized Electrically Programmable Shape Memory Actuators for Low-Power Microrobotics)为题发表在《科学·机器人》(Science Robotics)杂志上,并登上了杂志封面。论文的主要作者是博士后研究员刘清坤和博士生王伟。
该团队研发出的纳米器件由一层纳米厚的铂薄膜组成,该薄膜在一侧被钝化层覆盖,通过对铂表面施加正向电压进行电化学氧化,使得氧化层中产生导致弯曲的应变。由于嵌入的氧原子会聚在一起形成势垒,阻止其扩散出去,该器件甚至可以在停止施加电压后仍能保持形状。
通过向设备施加负电压,研究人员可以去除氧原子,并迅速将铂还原为原始状态。通过改变面板的图案,以及铂是暴露在顶部还是底部,可以创建一系列折纸结构。
图示:电化学过程。(来源:论文)
为了对研究成果进行演示,康奈尔大学研究团队还制造出了可能是世界上最小的自折叠折纸鸟。在此之前,他们发明的最小的行走机器人获得了吉尼斯世界纪录。现在,他们希望用这只仅有60微米宽的自折叠折纸鸟创造新的记录。
图示:自折叠折纸鸟。(来源:Science Robotics)
项目负责人之一、物理学教授McEuen认为:「我们作为人类的主要特征是,我们已经学会了如何在人类规模乃至更大规模上构建复杂的机器和系统,但是,我们还没有学会如何在微小规模上建造机器。学习如何构造像细胞一样小的机器,是人类可以做到的根本性发展的一步。」
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