Las imágenes ópticas muestran los circuitos realizados por el equipo de investigación, antes de unirse a partículas de unos pocos cientos de nanómetros de diámetro. Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts
Los investigadores del MIT han creado lo que pueden ser los robots más pequeños hasta ahora que pueden detectar su entorno, Almacenamiento de datos, e incluso realizar tareas computacionales. Estos dispositivos, que son del tamaño de un óvulo humano, consisten en pequeños circuitos electrónicos hechos de materiales bidimensionales, a cuestas de partículas minúsculas llamadas coloides.
Coloides qué partículas o moléculas insolubles de una milmillonésima a una millonésima de metro de diámetro, son tan pequeños que pueden permanecer suspendidos indefinidamente en un líquido o incluso en el aire. Al acoplar estos pequeños objetos a circuitos complejos, Los investigadores esperan sentar las bases para los dispositivos que podrían dispersarse para realizar viajes de diagnóstico a través de cualquier cosa, desde el sistema digestivo humano hasta los oleoductos y gasoductos. o quizás flotar a través del aire para medir compuestos dentro de un procesador químico o refinería.
"Queríamos descubrir métodos para realizar un injerto completo, circuitos electrónicos intactos en partículas coloidales, "explica Michael Strano, el profesor Carbon C. Dubbs de ingeniería química en el MIT y autor principal del estudio, que se publicó hoy en la revista Nanotecnología de la naturaleza . Volodymyr Koman, postdoctoral del MIT, es el autor principal del artículo.
"Los coloides pueden acceder a los entornos y viajar de formas en las que otros materiales no pueden, "Dice Strano. Partículas de polvo, por ejemplo, pueden flotar indefinidamente en el aire porque son lo suficientemente pequeños como para que los movimientos aleatorios impartidos por las moléculas de aire en colisión sean más fuertes que la fuerza de la gravedad. Similar, los coloides suspendidos en líquido nunca se asentarán.
Los investigadores produjeron pequeños circuitos electrónicos, solo 100 micrómetros de ancho, sobre un material de sustrato que luego se disolvió para dejar los dispositivos individuales flotando libremente en la solución. Estos se unieron más tarde a diminutas partículas coloidales. Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts
Strano dice que, si bien otros grupos han trabajado en la creación de dispositivos robóticos igualmente diminutos, su énfasis ha estado en desarrollar formas de controlar el movimiento, por ejemplo, replicando los flagelos en forma de cola que algunos organismos microbianos utilizan para impulsarse. Pero Strano sugiere que puede que no sea el enfoque más fructífero, Dado que los flagelos y otros sistemas de movimiento celular se utilizan principalmente para el posicionamiento a escala local, en lugar de un movimiento significativo. Para la mayoría de los propósitos, hacer que estos dispositivos sean más funcionales es más importante que hacerlos móviles, él dice.
Los diminutos robots fabricados por el equipo del MIT son autoamplificados, no requiere una fuente de alimentación externa o incluso baterías internas. Un simple fotodiodo proporciona el goteo de electricidad que requieren los circuitos de los pequeños robots para alimentar sus circuitos de memoria y de computación. Eso es suficiente para permitirles percibir información sobre su entorno, almacenar esos datos en su memoria, y luego hacer que se lean los datos después de cumplir su misión.
Estos dispositivos podrían, en última instancia, ser de gran ayuda para la industria del petróleo y el gas, Dice Strano. En la actualidad, La forma principal de verificar si hay fugas u otros problemas en las tuberías es hacer que un equipo conduzca físicamente a lo largo de la tubería e inspeccione con instrumentos costosos. En principio, los nuevos dispositivos podrían insertarse en un extremo de la tubería, llevado junto con el flujo, y luego quitado en el otro extremo, proporcionar un registro de las condiciones que encontraron en el camino, incluida la presencia de contaminantes que podrían indicar la ubicación de las áreas problemáticas. Los dispositivos de prueba de concepto iniciales no tenían un circuito de tiempo que indicara la ubicación de lecturas de datos particulares, pero agregar eso es parte del trabajo en curso.
Similar, tales partículas podrían potencialmente usarse con fines de diagnóstico en el cuerpo, por ejemplo, para atravesar el tracto digestivo en busca de signos de inflamación u otros indicadores de enfermedad, dicen los investigadores.
Como demostración de cómo se pueden utilizar estas partículas para analizar muestras biológicas, el equipo colocó una solución que contenía los dispositivos en una hoja, y luego usó los reflectores internos de los dispositivos para ubicarlos y probarlos al hacer brillar un láser en la hoja. Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts
La mayoría de los microchips convencionales, como basado en silicio o CMOS, tener un piso, sustrato rígido y no funcionaría correctamente cuando se adhiera a coloides que pueden experimentar tensiones mecánicas complejas mientras viajan por el medio ambiente. Además, todos estos chips son "muy sedientos de energía, ", Dice Strano. Por eso, Koman decidió probar materiales electrónicos bidimensionales, incluyendo grafeno y dicalcogenuros de metales de transición, que descubrió que podía adherirse a superficies coloidales, permanece operativo incluso después de haber sido lanzado al aire o al agua. Y esa electrónica de película delgada requiere solo pequeñas cantidades de energía. "Pueden funcionar con nanovatios con voltajes subvoltios, "Dice Koman.
¿Por qué no utilizar únicamente la electrónica 2-D? Sin algún sustrato para llevarlos, estos pequeños materiales son demasiado frágiles para mantenerse unidos y funcionar. "No pueden existir sin un sustrato, ", Dice Strano." Necesitamos injertarlos a las partículas para darles rigidez mecánica y hacerlas lo suficientemente grandes como para ser arrastradas por el flujo ".
Pero los materiales 2-D "son lo suficientemente fuertes, lo suficientemente robusto para mantener su funcionalidad incluso en sustratos no convencionales "como los coloides, Dice Koman.
Los nanodispositivos que produjeron con este método son partículas autónomas que contienen componentes electrónicos para la generación de energía, cálculo, lógica, y almacenamiento de memoria. Funcionan con luz y contienen pequeños retrorreflectores que les permiten ubicarlos fácilmente después de sus viajes. Luego, pueden ser interrogados a través de sondas para entregar sus datos. En el trabajo en curso, el equipo espera agregar capacidades de comunicación para permitir que las partículas entreguen sus datos sin necesidad de contacto físico.
Otros esfuerzos en robótica a nanoescala "no han alcanzado ese nivel" de crear componentes electrónicos complejos que sean lo suficientemente pequeños y energéticamente eficientes para ser aerosolizados o suspendidos en un líquido coloidal. Estas son "partículas muy inteligentes, según los estándares actuales, "Strano dice, agregando, "Vemos este artículo como la introducción de un nuevo campo" en robótica.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
