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智能

MIT 研制的机器人只有细胞大小,现在可以被大规模合成了

左琳2018-10-25 15:03:49

还用在环境、工业或医疗监测领域。

今年 7 月,麻省理工学院(MIT)研制出了一款机器人,可以存储数据,甚至能运行计算,而且只有人类细胞一般大小,可以说是迄今为止能够感知环境的最小的机器人了。

不出 3 个月,他们又研究出了一种新方法, 通过可控石墨烯的分裂来大规模生产这样小巧的机器人。这项研究被刊登在 10 月 23 日的《自然材料》(Nature Materials)杂志上。

之前研制出的微型机器人由 2D 材料制成的微型电子电路构成,只如人体的卵细胞般大小,上面附着了许多被称作 “胶体” 的微小颗粒。这些胶体只有 1nm 至 1μm 大小,因此可以悬浮在液体和空气中且不溶于其中。同时,在液体和空气中,还会有其他粒子与胶体碰撞或是存有引力,且这种引力要远大于胶体自身的重力,这就意味着这些胶体会一直悬浮,永不沉淀。

而且,这些机器人还能自供电,不需要内置电池,光电二极管就可以为微型机器人提供足够的电力。这样一来,它就可以不断感知周围环境的信息,并将数据存储在板载闪存中,并通过各种微型传感器来读取数据。 

别看它小,正是因为它又小又灵活,再有以上这些特性的加持,还是能起到不可小觑的作用。它们可以透过人类的血液穿到消化系统寻找病灶,或穿过石油、天然气管道寻找堵塞点或裂缝 —— 对于石油和天然气行业来说,检查泄漏等问题耗时长且花费巨大,而这些微型机器人就可轻松地从管道的一端进入,再从另一端被取出,人类可由此获取它们在管道中捕捉到的数据。 

单个微型机器人能力非常有限,但它们要是能多起来,或许会在更大规模的项目中一展身手。而当时未能找到大规模制备这种微型机器人的工艺,如今也被这个团队研究了出来。他们发现,通过向 2D 石墨烯材料和电路材料进行 “全自动射孔” 是个不错的法子。 

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,几乎完全透明。麻省理工学院教授 Michael Strano 介绍说,石墨烯实际上很脆弱,但团队并不认为这是缺点,反而将之视为独到的优势。“这种脆弱性是可被利用的。” Strano 说,“在进行这项实验之前,如果你告诉我,你可以在纳米尺度上打碎它,从而控制它的形状,我是不会相信的。”

但新的方法正是如此。团队首先将 2D 电路元件蚀刻在一个聚合物胶板中,再将这层电路材料固定在一页 2D 石墨烯材料上。接着,他们为这个两层的材料又加了一层石墨烯基底。全都固定好后,研究人员用微阵列打印机对着石墨烯材料基底射孔, 这样,包含着电子电路的那层材料就成了一个个圆点,夹在两层石墨烯之间,成了一个三层的圆柱。

破裂的石墨烯基底与完好的三层圆柱。图片来自 MIT News 视频截图 

随后科研人员对材料进行可控压力的分裂。在压裂的过程中,两层石墨烯都会产生裂缝, 但这些裂缝只是围绕在圆柱周围,那一个个小圆柱竟整整齐齐被切割下来,毫发无损。并且,两层石墨烯只产生了形状和大小都均匀的碎片,而非大小不一的碎屑,也十分好清理。

“这一可控分裂的方法可以作为大规模制备的工艺。” 研究者之一的 Albert Liu 说,“原则上,研究人员还可以将这些薄片制成任何形状,在其他学科领域有所应用。” 他和他的团队还发现,除了石墨烯之外的其他 2D 材料,如二硫化钼和六方氮化硼,也可以起到相同的作用,厚度可达原子级。

这些微型机器人可以在内存阵列中存储信息、使用电极读取,甚至可以擦除信息后重新投入使用。在实验中,团队已经成功将 M、I、T 三个字母的信息编码进合成细胞的内存阵列中,让其在水中悬浮数个月,这些信息仍然可以被读取。 

题图来自 MIT News

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