Un conductor de electricidad, detección del medio ambiente, ¿Una máquina que cambia de forma del tamaño de una célula humana? ¿Es eso siquiera posible?

Los físicos de Cornell Paul McEuen e Itai Cohen no solo dicen que sí, pero en realidad han construido el "músculo" para uno.

Con el investigador postdoctoral Marc Miskin a la cabeza, El equipo ha creado un exoesqueleto de robot que puede cambiar rápidamente de forma al detectar cambios químicos o térmicos en su entorno. Y, ellos reclaman, estas máquinas de microescala - equipadas con electrónica, cargas útiles fotónicas y químicas:podrían convertirse en una plataforma poderosa para la robótica en la escala de tamaño de los microorganismos biológicos.

"Podrías poner el poder computacional de la nave espacial Voyager en un objeto del tamaño de una celda, "Cohen dijo." Entonces, ¿a dónde vas a explorar? "

"Estamos intentando construir lo que podríamos llamar un 'exoesqueleto' para la electrónica, "dijo McEuen, el Profesor John A. Newman de Ciencias Físicas y director del Instituto Kavli de Cornell para Ciencias a Nanoescala. "Ahora, puedes hacer pequeños chips de computadora que procesen mucho la información ... pero no saben cómo moverse o hacer que algo se doble ".

Su trabajo se describe en "Bimorfos basados ​​en grafeno para micrones, Máquinas autónomas de origami, "publicado el 2 de enero en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Miskin es el autor principal; otros colaboradores incluyeron a David Muller, el profesor de ingeniería Samuel B. Eckert, y los estudiantes de doctorado Kyle Dorsey, Baris Bircan y Yimo Han.

Las máquinas se mueven utilizando un motor llamado bimorfo. Un bimorfo es un ensamblaje de dos materiales, en este caso, grafeno y vidrio, que se dobla cuando es impulsado por un estímulo como el calor, una reacción química o un voltaje aplicado. El cambio de forma ocurre porque, en el caso del calor, dos materiales con diferentes respuestas térmicas se expanden en diferentes cantidades con el mismo cambio de temperatura.

Como consecuencia, el bimorfo se dobla para aliviar algo de esta tensión, permitiendo que una capa se estire más que la otra. Al agregar paneles planos rígidos que los bimorfos no pueden doblar, los investigadores localizan la flexión para que tenga lugar solo en lugares específicos, creando pliegues. Con este concepto, pueden hacer una variedad de estructuras plegables que van desde tetraedros (pirámides triangulares) hasta cubos.

En el caso del grafeno y el vidrio, los bimorfos también se pliegan en respuesta a estímulos químicos al conducir iones grandes hacia el vidrio, haciendo que se expanda. Por lo general, esta actividad química solo ocurre en el borde exterior del vidrio cuando se sumerge en agua o algún otro fluido iónico. Dado que su bimorfo tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, el vidrio es básicamente todo borde exterior y muy reactivo.

"Es un buen truco, "Miskin dijo, "porque es algo que solo se puede hacer con estos sistemas a nanoescala".

El bimorfo se construye usando deposición de capa atómica - "pintando" químicamente capas atómicamente delgadas de dióxido de silicio sobre aluminio sobre un cubreobjetos - luego transfiriendo en húmedo una sola capa atómica de grafeno en la parte superior de la pila. El resultado es el bimorfo más delgado jamás creado.

Una de sus máquinas fue descrita como "tres veces más grande que un glóbulo rojo y tres veces más pequeña que una neurona grande" cuando estaba plegada. Se han construido andamios plegables de este tamaño antes, pero la versión de este grupo tiene una clara ventaja.

"Nuestros dispositivos son compatibles con la fabricación de semiconductores, "Dijo Cohen." Eso es lo que hace que esto sea compatible con nuestra visión futura de la robótica a esta escala ".

Y debido a la fuerza relativa del grafeno, Miskin dijo, puede manejar los tipos de cargas necesarias para aplicaciones electrónicas.

"Si quieres construir este exoesqueleto electrónico, " él dijo, "Lo necesitas para poder producir suficiente fuerza para transportar los componentes electrónicos. El nuestro lo hace".

Por ahora, estas diminutas máquinas diminutas no tienen aplicación comercial en electrónica, detección biológica o cualquier otra cosa. Pero la investigación impulsa la ciencia de los robots a nanoescala, McEuen dijo.

"Ahora, no hay 'músculos' para las máquinas a pequeña escala, " él dijo, "así que estamos construyendo los músculos a pequeña escala".