能装进一个细胞的折纸型机器人?

想象一下,可以移动、感知和响应刺激的机器人,但它们比头发的宽度还小。这是康奈尔大学教授、生物物理学家伊泰·科恩(Itai Cohen)和他的团队一直在进行的一个项目。科恩在1月29日星期三举行的Duke’s物理讨论会上做了一次演讲。他的项目灵感来自保罗·麦克euen的书《螺旋》中的微型机器人。在如此小的规模上制造机器人比简单地缩小一个普通机器人的所有部件需要更多的创新。在低雷诺数下,流体是粘性的,而不是惯性的,范德华力起作用,以及其他影响机器人如何移动和工作的因素。

Cohen’s团队设计的机器人可以像折纸动物一样折叠。图像从Origami.me

为了解决这个问题,Cohen和他的团队决定在2D中建造并设计他们的微型机器人。然后,受到折纸艺术的启发,电脑可以打印出机器人的2D图形,然后将自己折叠成3D结构。因为纸张折纸是尺度不变的,在一个尺度上建立的机制在另一个尺度上也会起作用,所以我们的想法是建立机器人的模式,然后打印出来,然后离开纸面或培养皿。然而,正如科恩在上周三的演讲中所说,“一个折纸艺术家的水平取决于他的折纸。”“要在微观尺度上制造机器人,需要一些非常薄的纸。科恩的团队使用的是石墨烯,单片石墨烯只有一个原子的厚度。原子层沉积薄膜的行为也非常类似于纸,可以切割,局部拉伸和采用三维形状。一些关键的步骤,以确保机器人的自折叠包括使元素弯曲,并放置额外的硬垫,以本地化的模式弯曲的机器人。这就是他们制造所谓的“石墨烯双晶型”的原因。

细胞表面的纤毛。从MedicalXpress形象。

科恩和他的团队正在研究用微型机器人来制造人工纤毛。纤毛可以感知或用于运动。在大脑中,有一些神经递质根据纤毛的搏动被重新定向的腔,所以如果一个人能控制纤毛的个别搏动,他们就能控制神经递质的定向。这可能对检测和解决神经障碍具有潜在的生物医学意义。

现在,科恩和他的实验室已经有了由石墨烯制成的微型机器人,这些机器人的腿上还附着了光伏电池。当一束光照射到光伏感受器上时,它就会激活机器人的手臂运动,并向它挥手致意。利用光电的优点是,为了控制机器人,科学家们可以通过一个探针发光,而不是提供电压——机器人不需要任何绳索。在他的演讲中,科恩向观众展示了一段他的“Brobot”机器人的视频。他的团队还成功地制造出了具有前腿和后腿的微型机器人,它们可以从培养皿中走出来。它们的尺寸是70微米长,40微米宽,2微米厚。

科恩想要批判性地思考使用技术来解决哪些问题是重要的;他想做的项目可以预测人们在人群中的行为,预测人们对政治问题的反应方向,并帮助解决水危机。科恩的研究有可能为当前各种各样的问题找到解决方案。以科幻和折纸为灵感,他的项目提醒我们,我们梦想的想法可以变成现实。

维多利亚的牧师

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://researchblog.duke.edu/2020/02/03/how-to-build-microscopic-robots-that-fold-like-origami/

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