¿Una máquina conductora de electricidad, sensible al medio ambiente y que cambia de forma del tamaño de una célula humana? ¿Es eso posible?
Los físicos de la Universidad de Cornell Paul McEuen e Itai Cohen no solo dicen que sí, sino que en realidad han construido el "músculo" para uno.
Con el investigador postdoctoral Marc Miskin a la cabeza, el equipo ha creado un exoesqueleto de robot que puede cambiar rápidamente de forma al detectar cambios químicos o térmicos en su entorno. Y, afirman, estas máquinas a microescala, equipadas con dispositivos electrónicos, fotónicos ycargas útiles químicas: podría convertirse en una plataforma poderosa para la robótica en la escala de tamaño de microorganismos biológicos.
"Podrías poner el poder computacional de la nave espacial Voyager en un objeto del tamaño de una celda", dijo Cohen. "Entonces, ¿a dónde vas a explorar?"
"Estamos tratando de construir lo que podríamos llamar un 'exoesqueleto' para la electrónica", dijo McEuen, profesor de ciencia física John A. Newman y director del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala. "Ahora mismo, puedehacen pequeños chips de computadora que procesan mucho la información ... pero no saben cómo moverse o hacer que algo se doble ".
Su trabajo se describe en "Bimorfos basados en grafeno para máquinas de origami autónomas de tamaño micrón", publicado el 2 de enero en Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Miskin es el autor principal; otros colaboradores incluyeron a David Muller, el profesor de ingeniería Samuel B. Eckert, y los estudiantes de doctorado Kyle Dorsey, Baris Bircan y Yimo Han.
Las máquinas se mueven usando un motor llamado bimorfo. Un bimorfo es un ensamblaje de dos materiales, en este caso, grafeno y vidrio, que se dobla cuando es impulsado por un estímulo como el calor, una reacción química o un voltaje aplicado.El cambio de forma ocurre porque, en el caso del calor, dos materiales con diferentes respuestas térmicas se expanden en diferentes cantidades durante el mismo cambio de temperatura.
Como consecuencia, el bimorfo se dobla para aliviar parte de esta tensión, lo que permite que una capa se estire más que la otra. Al agregar paneles planos rígidos que los bimorfos no pueden doblar, los investigadores localizan la flexión para que tenga lugar solo en lugares específicos, creando pliegues. Con este concepto, son capaces de realizar una variedad de estructuras plegables que van desde tetraedros pirámides triangulares hasta cubos.
En el caso del grafeno y el vidrio, los bimorfos también se pliegan en respuesta a estímulos químicos al conducir iones grandes hacia el vidrio, lo que hace que se expanda. Por lo general, esta actividad química solo ocurre en el borde exterior del vidrio cuando se sumerge en agua oalgún otro fluido iónico. Dado que su bimorfo tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, el vidrio es básicamente todo el borde exterior y muy reactivo.
"Es un buen truco", dijo Miskin, "porque es algo que solo se puede hacer con estos sistemas a nanoescala".
El bimorfo se construye usando deposición de capa atómica - "pintando" químicamente capas atómicamente delgadas de dióxido de silicio sobre aluminio sobre un cubreobjetos - luego transfiriendo en húmedo una sola capa atómica de grafeno sobre la pila. El resultado es elbimorfo más delgado jamás fabricado. Una de sus máquinas fue descrita como "tres veces más grande que un glóbulo rojo y tres veces más pequeña que una neurona grande" cuando estaba plegada. Se han construido andamios plegables de este tamaño antes, pero la versión de este grupo tiene unaventaja clara.
"Nuestros dispositivos son compatibles con la fabricación de semiconductores", dijo Cohen. "Eso es lo que hace que esto sea compatible con nuestra visión futura de la robótica a esta escala".
Y debido a la fuerza relativa del grafeno, dijo Miskin, puede manejar los tipos de cargas necesarias para aplicaciones electrónicas. "Si desea construir este exoesqueleto electrónico", dijo, "lo necesita para poder producir suficiente fuerza parallevar la electrónica. La nuestra lo hace ".
Por ahora, estas diminutas máquinas no tienen una aplicación comercial en electrónica, detección biológica o cualquier otra cosa. Pero la investigación impulsa la ciencia de los robots a nanoescala, dijo McEuen.
"En este momento, no hay 'músculos' para las máquinas de pequeña escala", dijo, "así que estamos construyendo los músculos de pequeña escala".
Este trabajo se realizó en la instalación de Cornell NanoScale para ciencia y tecnología y fue apoyado por el Centro de Cornell para la Investigación de Materiales, la Fundación Nacional de Ciencia, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Instituto Kavli en Cornell.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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