Наступает эра миниатюрных летательных аппаратов

Крошечные плавающие роботы могут быть полезны во всех видах науки, например, для исследования кишечника человека на наличие болезней или для поиска загрязняющих веществ в окружающей среде. Сделав еще один шаг к созданию таких приборов, исследователи описывают новое взаимодействие материалов. Им удалось совместить ультратонкую 2-D электронику с миниатюрными частицами для создания микроскопических машин.

Исследователи представят свои работы на 255-м Национальном собрании и выставке американского химического общества (ACS).

“Мы можем делать электронные схемы толщиной в один атом, это просто нереально тонкие решения “, – рассказал Майкл Страно, доктор философии. “Существует творческий подход к этой задаче, о котором до сих пор никто не думал – мы предлагаем взять эту электронику и интегрировать ее на коллоидные частицы. Частица, которая может плавать в воздухе как пылинка, имеет простые вычислительные функции. Только в тесной интеграции этой новой электроники с окружающей средой, ее существование будет возможно.”

В качестве первого шага исследователи должны были разработать совместимый набор электронных компонентов для покрытия частиц, чтобы сформировать замкнутую автономную цепь. “Это было трудно сделать”, – говорит Владимир Коман, кандидат технических наук, научный сотрудник Strano в Массачусетском технологическом институте. “Мы создали ряд устройств, чтобы удовлетворить определенные энергетические и энергетические потребности.”

Принцип работы летательных аппаратов

В конце концов, команда Strano выбрала биосовместимый материал SU-8, для частиц размером с микрометр и литографически вытравила их, чтобы создать замкнутую цепь, состоящую из источника питания, детектора и устройства памяти. Источник питания был p-n гетеропереходом от MoS2 к WSe2. Он может преобразовывать свет в электрический ток. И MoS2, и WSe2 являются 2-D полупроводниками. В качестве детектора использовался хемирезистор, отдельный однослойный MoS2. Он сконструирован для изменения своего электрического сопротивления в ответ на экологический реагент. Электрический выход хранится в запоминающем устройстве, состоящем из отдельного слоя MoS2 частиц, зажатых между золотым и серебряным электродами.

Поскольку мобильность и стабильность частиц будут важной частью предлагаемых приложений, исследователи сначала проверили, могут ли электронные частицы перемещаться и насколько далеко. Важно отметить, что 2-D материалы обладают более высокими пределами деформации по сравнению с аналогичными материалами. Исследователи распыляли их и побуждали их двигаться к цели; крошечные частицы пролетели пару футов.

Сфера применения

Исследователи предполагают целый ряд применений для этих миниатюрных летательных аппаратов. Мониторинг больших площадей на предмет нахождения бактерий, спор, дыма, пыли или токсичных паров в настоящее время требует огромных ресурсов, считает Коман. Спутники или Флот Летающих Дронов могут выполнять эти задачи, но они дороги, в то время как датчики на земле требуют трудоемкой установки, которая часто медленная по сравнению со скоростью распространения проблемы.

“В качестве альтернативы, мы вводим понятие электронного устройства, которое превращается в аэрозоль”, – говорит он.

В качестве одного из примеров исследователи протестировали крошечные устройства в моделируемом газопроводе. Летательные аппараты успешно прошли через испытательную камеру и по пути обнаружили присутствие частиц углерода и летучих органических соединений и сохранили эту информацию в памяти.

“Мы помещаем маленькие ретрорефлекторы на частицы – как на велосипедах – чтобы они отражали свет и позволяли нам быстро находить частицы”, – говорит Коман. После сбора устройств, исследователи скачали информацию с частиц. «Для отсчета, частицы обозначали металлические соединения, как гнезда: как только вы вводите 2 зонда, вы можете прочитать данные вне положения прибора. Затем память можно стереть, чтобы миниатюрные машины можно было использовать повторно».

Следующие шаги исследователей буду направлены на разработку частиц для дополнительных применений, в том числе в качестве мониторинга пищеварительной системы человека. “Это правильная идея и правильное время”, – говорит Страно. “Думайте об этом как о прототипах миниатюрных роботов.”


Последние новости

Добавить комментарий