神奇旅程,微型四足机器人被设计用于在体内

2019-11-03 09:43栏目:通讯产品
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3月12日消息,西媒称,美国宾夕法尼亚大学和康奈尔大学的研究人员利用最新的纳米技术,在几个星期内创造出了一支数以百万计纳米机器人组成的大军。西班牙《阿贝赛报》网站3月10日报道称,几位科研人员在本周于波士顿举行的美国物理学会会议上展示了他们这一科研成果。

康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的团队正在研究带有板载传感器,时钟和控制器的智能机器人版本。当前的激光电源会将机器人的控制限制在指甲宽度的组织中。因此,Miskin正在考虑新的能源,包括超声波和磁场,这些能源将使这些机器人能够在人体内进行令人难以置信的旅程,例如药物输送或绘制大脑。“我们发现你可以用注射器注射它们并且它们能够存活

利用专有的多步纳米加工技术,可以在几周内生产多达一百万个70微米长机器人,所有这些机器人都来自一个4英寸硅复合晶圆。每个机器人的身体都由一个顶部有硅层的超薄玻璃矩形组成

电子控制元件和两个或四个太阳能电池被蚀刻到该层上。同时,机器人的腿部由100原子厚的材料制成,该材料由一层铂和一层钛构成(石墨烯也可用于代替后者)。

当激光照射到太阳能电池上时,所产生的电流在前腿和后腿之间交替地来回施加。施加该电流导致铂膨胀,同时钛保持刚性,从而弯曲每条腿。但是,当电流关闭时,腿伸直。以这种方式,机器人能够前进。

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机器人足够小,可以通过皮下注射针实际注入体内。然而,它们目前仅限于在“指甲宽度”组织层下行进,因为外部激光可以充分穿透。Miskin正在研究其他电源,例如超声波和磁场。宾夕法尼亚州大学和康奈尔大学的同事也在研究机器人的“智能”版本,其中包括传感器、时钟和自控制器。

Miskin将在波士顿举行的美国物理学会3月会议上展示他的研究成果。

光看这个数字可能并没有实际的感觉,我们可以通过对比了解一下。人的头发的直径通常为30至100微米,而标准的计算机屏幕像素为250到280微米,这样就可以想象它的体积到底有多小了吧。

机器人顶部覆盖有薄薄的硅层,研究人员在其中安装了机器人的“大脑”等“组织器官”:电子控制元件和微型太阳能电池。它们的腿由铂和钛的双层结构或石墨烯制成,宽度仅相当于100个原子。

  • 它们仍然完好无损并且功能正常 - 这非常酷,”他说。

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  • 这将起作用!”

我们已经看到了许多被设计用于在体内输送药物的纳米器件,它们以各种各样的方式移动。而现在一种微型四足机器人被设计用来可以走向目标区。该技术最初由宾夕法尼亚大学的助理教授Marc Miskin研制,当他还是康奈尔大学的博士后时。随后Itai Cohen教授、Paul McEuen教授以及研究员Alejandro Cortese加入了这项研究。

《神奇旅程》是一部1966年的科幻电影,在影片中一艘小型船只在受伤科学家的大脑内开启了一段紧急旅程。在现实生活中,Miskin与康奈尔大学研究人员共同开发的真实机器人成为了影片中“小型船只”的翻版。

这么小的机器人怎么能做到这一切呢?诀窍在于,研究人员向机器人的太阳能电池上发射激光,为其供电,随后铂会膨胀而钛保持刚性,导致腿部收缩。太阳能电池引起前腿和后腿的交替收缩或放松,机器人因此产生行走的步态。

微型机器人的起源

它们大约是标准计算机屏幕上像素大小的四分之一,它是一个带有铂金和钛制成的腿的小方块硅,它能够在你的身体内游泳并跟踪生命体征。Miskin希望在将来的某一天,它们能做到这一点。目前,它们正在Miskin实验室的显微镜载玻片上游来游去。这些机器人配备了微型太阳能电池,将允许Miskin用激光为它们供电。

报道介绍,这一设计基于一种纳米制造技术,利用该技术能够在几周内将长约10厘米的硅晶片变成数百万个机器人。每个纳米机器人长约70微米,机器人的身体由超薄的矩形骨架构成。

研究人员在2017年圣诞节前几天看到一个机器人的腿部移动。“腿部稍微抽搐了一下,”Miskin回忆道。“但这是概念的第一个证据

至于《神奇旅程》中的潜艇,Miskin无法确定它的具体尺寸。但是在电影的宣传材料中,它与红血细胞一起出现,Miskin估计它的长度大约为60微米,而Miskin在现实生活中创造的机器人大约长70微米。

“当我还是个孩子的时候,我记得在显微镜下观察到,发生了很多不可思议的事情,”研究人员在一份声明中说,“现在我们正在创造一些这类东西。我们不仅能看到,事实上还可以控制它们”。

“腿很强壮,”他说。“每个机器人都有一个厚1000倍的机身,重量比每条腿重约8,000倍。”研究人员在一个机器人的太阳能电池上发射激光,为其供电。这导致腿中的铂膨胀,而钛依次保持刚性,导致肢体弯曲。由于每个太阳能电池引起前腿或后腿的交替收缩或放松,因此产生机器人的步态。

这种机器人之所以能够移动,是因为电对每条腿中的两种金属有着不同的影响。铂金会膨胀而钛则保持刚性,这就会导致腿部弯曲。Miskin表示,前腿和后腿交替收缩或放松,以使机器人产生运动。

文章来源:参考消息

研究人员利用最新的纳米制造技术创造了无人动力,能够行走,能够在恶劣环境中生存并且足够小以通过普通皮下注射针注射的虫形机器人。

Miskin还表示,未来的研究将涉及开发无线传感器,以便机器人能够传输患者生命体征的信息,例如脊髓神经元活动的水平。这些机器人足够小,他们可以用注射器注射进入体内,这些机器人也可用于非生物应用。

报道称,这些纳米机器人具有几项令人难以置信的功能。它们能在没有任何电线的情况下接收能量,可以行走并且能够在恶劣的环境条件下生存。此外,它们足够微小,可以通过皮下注射进入人体。

Miskin将于本周在波士顿举行的美国物理学会3月会议上展示他的微观机器人研究。他还将参加一个描述这项工作的新闻发布会。本新闻稿末尾包含登录以远程观看和提问的信息。

《神奇旅程》

报道指出,这些研究人员已经在努力创造能力更强大的纳米机器人,它们将配有传感器、计时器和控制系统。目前,这一研究的主要障碍是找到新的能量来源,因为任何比指甲厚的织物都会导致无法通过激光控制机器人。研究人员打算研究如何通过磁场和超声波驱动这些机器人,使它们能够在人体内部工作,例如按需输送药物。

“我们如何制造这些产品的真正高级解释是我们采用半导体行业开发的技术并用它来制造小型机器人,”Miskin说。机器人的四条腿中的每一条都由铂和钛的双层形成。使用原子层沉积施加铂。“这就像用原子绘画一样,”米斯金说。然后将铂钛层切割成每个机器人的四个100原子厚的腿。

Miskin最近在波士顿的美国物理学会会议上展示了他的研究成果。Miskin表示,使用半导体工业改进的技术,可以用一块4英寸的硅片制造出一百万个机器人。它们的价格非常便宜,还不到1美分。约翰斯·霍普金斯大学化学与生物分子工程教授David Gracias表示,生产这种规模的三维装置是一项挑战。

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在过去的几年中,Miskin和研究人员开发了一种多步纳米加工技术,可以在短短几周内将一个4英寸的专用硅晶圆转变为一百万个微观机器人。每个70微米长,机器人的身体由超薄的矩形玻璃骨架形成,顶部有一层薄薄的硅层,研究人员在其中蚀刻其电子控制元件和两个或四个硅太阳能电池

“当我还是个孩子的时候,我记得在显微镜下观察,看到所有这些疯狂的东西在继续。现在我们正在构建那种活跃的东西。我们不仅要看这个世界。你实际上可以玩在其中,“Marc Miskin说,他与同事教授Itai Cohen和Paul McEuen以及康奈尔大学的研究员Alejandro Cortese开发了纳米加工技术,而Miskin则是那里的原子和固态物理实验室的博士后。1月,他成为宾夕法尼亚大学电气和系统工程的助理教授。

  • 大脑和器官的基本等价物。

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