나노크기의 접이식 로봇

완전한 기능을 갖춘 나노 크기의 로봇에는 전자 회로, 광전지, 센서 및 안테나가 필요합니다. 그러나 로봇이 움직여야 한다면 구부릴 수 있어야 합니다. 연구원들은 원자적으로 얇은 2차원 재료가 3D 구성으로 접힐 수 있도록 하는 마이크론 크기의 형상 기억 액추에이터를 만들었습니다. 그들에게 필요한 것은 빠른 전압 충격뿐입니다. 그리고 소재는 한번 휘어지면 전압을 제거한 후에도 형태를 유지합니다.

웨이퍼에서 백만 개의 제작된 미세 로봇이 스스로 접혀 모양을 만들고, 자유롭게 기어가고, 작업을 수행하고, 심지어 더 복잡한 구조로 조립되기까지 한다고 상상해 보십시오. 로봇의 형상 기억 액추에이터는 전압으로 구동하고 구부러진 모양을 유지할 수 있습니다.

액츄에이터는 마이크론보다 작은 곡률 반경으로 구부릴 수 있습니다. 이는 전압 구동 액츄에이터의 최대 곡률입니다. 미세한 로봇 제조의 기본 원리 중 하나는 로봇 크기가 다양한 부속물을 접을 수 있는 정도에 따라 결정된다는 것이기 때문에 이러한 유연성이 중요합니다. 굴곡이 가까울수록 접히는 부분이 더 작아지고 각 기계의 설치 공간이 더 작아집니다. 또한 로봇이 이러한 굴곡을 유지할 수 있어 전력 소비를 최소화하는 것도 중요합니다. 이는 특히 미세한 로봇과 기계에 유리한 기능입니다.

이 장치는 티타늄 또는 이산화 티타늄 필름으로 덮인 나노미터 두께의 백금 층으로 구성됩니다. 이산화규소 유리로 된 여러 개의 단단한 패널이 그 층 위에 놓여 있습니다. 액츄에이터에 양의 전압이 가해지면 산소 원자가 백금으로 들어가고 백금 원자로 자리를 바꿉니다. 산화라고 하는 이 과정을 통해 백금이 불활성 유리 패널 사이의 이음매에서 한쪽으로 확장되어 구조가 미리 지정된 모양으로 구부러집니다. 기계는 내장된 산소 원자가 모여 장벽을 형성하여 확산되는 것을 방지하기 때문에 전압이 제거된 후에도 그 모양을 유지할 수 있습니다.

장치에 음의 전압을 가함으로써 연구원들은 산소 원자를 제거하고 백금을 원래의 상태로 신속하게 복원할 수 있습니다. 유리 패널의 패턴과 백금이 상단 또는 하단에 노출되는지 여부를 변경하여 산과 계곡의 접힘으로 작동되는 다양한 종이 접기 구조를 만들 수 있습니다.

100,000 원자 두께일 수 있는 종이 한 장에 비해 작은 층은 약 30 원자 두께입니다. 기계는 100밀리초 이내에 스스로 접힙니다. 그들은 또한 수천 번 자신을 평평하게하고 다시 접을 수 있습니다. 그리고 전원을 공급하는 데 단 1볼트만 필요합니다.

이 팀은 현재 형상기억 액추에이터를 회로와 통합하여 다리가 접힐 수 있는 보행 로봇과 앞으로 물결치며 움직이는 시트형 로봇을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 혁신은 언젠가 인간 조직에서 박테리아 감염을 제거할 수 있는 나노로봇, 제조를 혁신할 수 있는 마이크로 팩토리, 현재 장치보다 10배 더 작은 로봇 수술 기구로 이어질 수 있습니다.