Роботов размером с клетку можно сделать из графена

Москва, 12:30, 08 Янв 2018, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Исследование Университета Корнелла, которое использовало свойства графена, создало новую концепцию типа экзоскелета робота, который может быстро изменить свою форму, поскольку он ощущает химические или термические изменения в окружающей среде.

Такие микромасштабные роботы могут быть оснащены электронной, фотонной и химической полезной нагрузкой для множества биомедицинских задач. С точки зрения того, насколько малы эти устройства — они имеют размер микроорганизма.

По словам одного из ведущих исследователей, доктора Итай Коэна, новые роботы очень мощные:

«Вы могли бы наложить мощность космического корабля «Вояджер» на объект размером с клетку».

Дополнительным преимуществом является прочность графена, которая означает, что робот может подвергаться воздействию различных условий.

Создание сверхрешетки с рисунками гидрированного графена является первым шагом в создании материала, подходящего для органической химии. Этот процесс был разработан в лаборатории химика Джеймса Тур из Университета Райс.

Общеизвестно, что графен представляет собой слой в один атом углерода. Материал прозрачный, по крайней мере, такой же крепкий, как сталь, и обладает многими замечательными свойствами, такими как высокая электропроводность.

Возможность разработать очень маленькие и очень мощные машины появилась благодаря использованию специального биморфного двигателя. Биморф представляет собой комбинацию из двух материалов, в данном случае — графена и стекла. Материал может изменять свою форму (изгибаться) при воздействии стимула, такого как тепло, химикаты или электрическое напряжение. Материал меняет свою форму, потому что два материала имеют разные реакции на воздействия. Например, при нагреве графен и стекло имеют разные тепловые реакции. Это означает, что они расширяются на разные уровни при одинаковом изменении температуры.

С химическими веществами биморфы изгибаются в ответ на химический стимул, например, когда край стекла погружен в ионную жидкость. Это происходит при попадании больших ионов в стекло, в результате чего стекло расширяется, причем активность происходит в наномасштабе.

В результате изгиба биморфа, один слой растягивается сильнее, чем другой. Взяв эту концепцию, исследователи добавили жесткие плоские панели, которые не могут быть согнуты в результате биморфной реакции. Расположив эти панели в определенных местах, исследователи смогли создать различные складные структуры. Структуры варьировались от тетраэдров (треугольных пирамид) до кубов.

Система была разработана с использованием метода осаждения атомного слоя. Это связано с химическим расслоением атомарно тонких слоев диоксида кремния на алюминий. Затем следует влажный перенос слоя графена (толщиной всего один атом) в стек.

В одном из испытаний исследователи разработали устройство, которое в три раза больше, чем эритроцит в сложенном состоянии.

Выводы были опубликованы в журнале «Труды Национальной академии наук».