A közelmúltban Gu Fuxing professzor csoportja Zhuang Songlin akadémikus vezetésével a Kínai Egyetem Optoelektronikai Iskolájában feltalálta a fototermikus sokkhatáson alapuló lézeres rögzítési technológiát, az úgynevezett Photothermal-Shock Tweezers-t, amely megvalósítja a rögzítést és az önkényes manipulációt. mikro- és nano-objektumok szilárd testek határfelületén, és feltárja nanorobotikai alkalmazásait. Autonóm nanorobotok erőteljes tolóerővel száraz szilárd érintkezési körülmények között fototermikus sokk segítségével" 2012. november 11-én jelent meg, az eredményeket pedig az "Autonomous Nanorobots with Powerful Thrust under Dry Solid-Contact Conditions by Photothermal Shock" folyóiratban tették közzé. Autonomous nanorobots erős tolóerővel száraz szilárd érintkezési körülmények között fototermikus sokk által" jelent meg november 24-én a Nature Communications-ben. Dr. Gu Zhaoqi, Zhu Runlin és Shen Tianci voltak a társszerzők, és Prof. Gu Fuxing volt a megfelelő szerző, míg további munkatársak voltak: Prof. Liu Xu a Hebei Műszaki Egyetemről és Prof. Liu Jia az Auburn Egyetemről, valamint akadémikus Zhuang Songlin felügyelte az egész kutatást. A kutatást a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány és Sanghaj támogatta. A technológia várhatóan példátlan alkalmazásokat fog feltárni különböző területeken, például a nanogyártásban, a biomedicinában, a repülésben és a hadiiparban.
A fototermikus impulzusos csipeszrendszer zökkenőmentesen örökölheti a robotikát a makroszkopikus világban, és megvalósíthatja az intelligens robotmunka forgatókönyveit a mikroszkopikus világban. A csapat egy fém nanolapot használt képfelismeréssel, mély tanulással, útvonaltervezéssel és visszacsatolásvezérléssel kombinálva, hogy megvalósítsa a világ első tisztító funkcióval rendelkező autonóm nanorobotját. Egy kiválasztott terület tisztaságának felismerésével a robot addig ismétli a tisztítási ciklust, amíg el nem éri a megfelelő tisztasági szintet.
A lézeres csapdázás (csapdázás) hatékony eszköz a tárgyak mozgásának manipulálására a nanovilágban, mivel 1997-ben és 2018-ban elnyerte a fizikai Nobel-díjat a felfüggesztett közegekkel, például vákuumokkal és folyadékokkal rendelkező környezetekben való széles körű alkalmazásáért, de továbbra is kihívást jelent szilárd érintkezési felületeken. A kutatók impulzusos fényforrást használtak egy mikro- és nanoobjektum felmelegítésére, és a fényimpulzus elnyelt energiáját azonnal mechanikai tágulássá alakították át, rendkívül nagy pillanatnyi terhelést generálva az objektumon belül, amit fototermikus sokknak (PS) neveznek. Az azonnali sokkhatás a normál rezgésmódot jóval meghaladó erőt hoz létre, akárcsak a táplálkozó kígyók pillanatnyi kitörési sebessége messze meghaladja a normál kúszási sebességet, így képes megtörni a mikro-nano ellenállás szorult helyzetét és megvalósítani a mozgást a szilárd felületen. .
Az impulzus-impulzus tétel sematikus diagramja, amely szemlélteti a kígyó kitörése és a normál kúszás vizuális összehasonlítását.
A csapdázási tulajdonság a lézeres manipulációs technológia középpontjában áll, mivel lehetővé teszi a részecskék mozgásának uralását a pontpozíció alapján, lehetővé téve az önkényes mozgásvezérlést, ahelyett, hogy egyszerűen megállna a szabályozott működtetés hiányában. Az arany nanohuzalok a Gauss-típusú folthatás 532 nm-es nanoszekundumos impulzusában a folt belsejébe mozognak, amíg a nanoszál közepe és a folt közepe egy vonalba nem kerül a folt középpontjával, ami egy tipikus befogási folyamat. . Az elméleti elemzés révén a kutatók megtalálták a fototermikus sokkhajtóerő fizikai forrását, amelyet fototermikus gradiens erőnek neveznek, mivel a kifejezés magában foglalja a hőmérsékleti gradienst. A folt mozgatásakor a fototermikus gradiens erőeloszlás egyensúlya felbomlik, és a nanoszál újra elmozdul a folt közepe felé, és a folyamatot folyamatosan ismételve a nanoszál axiálisan a folttal végig mozog. Ezenkívül a folt közepén rögzített nanoszál esetében a lézerteljesítmény növelése nagyobb fototermikus gradiens erő hatására összenyomja a nanohuzal végeit, és oldalra hajlik, ezáltal oldalirányú mozgást valósít meg. Ez lehetővé teszi a nanohuzalok tetszőleges mozgását egy kétdimenziós síkban. Az alábbi ábra azt mutatja, hogy a csapat több nanovezetéket használt a „冲” kínai karakter és az angol „SHOCK” szó létrehozására.
A fototermikus impulzus csipeszek manipulálják a nanohuzalokat
Palládium nanolapok alvázként való felhasználásával a kutatók egy összetettebb és sokoldalúbb nanorobotot építettek, amelyet HOUbotnak neveztek el, mert hasonlít egy kínai patkórákra (4a ábra és videó). A robot szabadon tud mozogni, mint egy autó, és nagyobb szabadságot és finom mozdulatokat hajt végre, például fejtolást, független faroklendítést és piszkálást. A robot félvezető nanovezetékekkel van felszerelve, amelyek in situ nedvességérzékelésre használhatók. Viszonylag nagy felületének köszönhetően a robot rendkívül terhelhető, elméleti hasznos teherbírása milligramm nagyságrendű (ez egy hangya tömegének felel meg). A meglévő makromechanikai kialakítással a további fedélzeti alkatrészek vagy rakomány felszerelésére a HOUbot makrorobotként működhet, és a világ első olyan nanorobotja, amely hagyományos mechanikai eszközökkel képes meghatározott feladatokat ellátni.
Kapcsolódó vázlat
A fototermikus csipeszek feltalálása lehetővé tette a lézeres manipulációnak, hogy áttörje a határfelületi ellenállás dilemmáját, kiegészítve a fénymanipuláció alkalmazási környezetét, és lehetővé téve a lézerek számára, hogy végre felismerjék a tárgyak önkényes manipulálásának képességét a három szárazföldi világhoz hasonló mikro-nano környezetben. tenger és levegő (vákuum/gáz, folyadékok és szilárd anyagok). Fizikailag a hangsúly a tranziens termoelasztikus dinamikán és tribológián van, különösen a roncsolásmentes vizsgálatokon, amelyek tovább tárják fel a mikroszkopikus birodalom mechanodinamikai folyamatainak megértését. A technológia elvileg bármilyen hullámhossz-tartományban és bármilyen felszívódó anyaggal használható. Ezen túlmenően a térbeli fénymoduláció és a több robot együttműködése révén autonóm nanorobotok klaszterei valósíthatók meg olyan összetett feladatok elvégzésére, amelyek jelenleg hagyományos eszközökkel elérhetetlenek.
