Recent, grupul Prof. Gu Fuxing, sub conducerea academicianului Zhuang Songlin de la Școala de Optoelectronică a Universității din China a inventat o tehnologie de captare cu laser bazată pe efectul de șoc fototermic, numită Photothermal-Shock Tweezers, care realizează captarea și manipularea arbitrară. de micro- și nano-obiecte la interfața solidelor și explorează aplicațiile sale de nano-robotică. Nanoroboți autonomi cu tracțiune puternică în condiții uscate de contact solid prin șoc fototermic” a fost publicat pe 11 noiembrie 2012, iar rezultatele au fost publicate în revista „Nanoroboți autonomi cu tracțiune puternică în condiții uscate de contact solid prin șoc fototermic”. Nanoroboți autonomi cu împingere puternică în condiții uscate de contact solid prin șoc fototermic” a fost publicată pe 24 noiembrie în Nature Communications. Dr. Gu Zhaoqi, Zhu Runlin și Shen Tianci au fost coautorii, iar prof. Gu Fuxing a fost autorul corespunzător, în timp ce alți colaboratori au inclus prof. Liu Xu de la Universitatea de Tehnologie Hebei și prof. Liu Jia de la Universitatea Auburn și academician Zhuang Songlin a supravegheat întreaga cercetare. Cercetarea a fost susținută de Fundația Națională de Științe Naturale din China și Shanghai. Se așteaptă ca tehnologia să exploreze aplicații fără precedent în diverse domenii, cum ar fi nanofabricarea, biomedicina, aerospațială și militară.
Sistemul de pensete cu impuls fototermic poate moșteni fără probleme robotica în lumea macroscopică și poate realiza scenarii de lucru robotic inteligent în lumea microscopică. Echipa a folosit o nanofoie de metal, combinată cu recunoașterea imaginii, învățarea profundă, planificarea traseului și controlul feedback-ului pentru a realiza primul nanorobot autonom din lume cu funcție de curățare. Recunoscând curățenia unei zone selectate, robotul va repeta ciclul de curățare până când atinge un nivel satisfăcător de curățenie.
Capcanarea cu laser (capcana) este înțeleasă a fi un instrument puternic pentru manipularea mișcării obiectelor din nanolume, câștigând premiile Nobel pentru fizică în 1997 și 2018 pentru gama sa largă de aplicații în medii cu medii suspendate, cum ar fi vacuumurile și lichidele, dar rămâne o provocare pe suprafețele de contact solide. Cercetătorii au folosit o sursă de lumină pulsată pentru a încălzi un micro- și nano-obiect, iar energia absorbită a pulsului de lumină a fost convertită instantaneu în expansiune mecanică, generând o sarcină instantanee extrem de mare în interiorul obiectului, numită șoc fototermic (PS). Efectul de șoc instantaneu produce o forță care depășește cu mult modul normal de vibrație, la fel cum viteza instantanee de avansare a șerpilor care se hrănesc depășește cu mult viteza normală de târare, astfel încât poate sparge situația de rezistență micro-nano și poate realiza mișcarea la interfața solidă. .
Diagrama schematică a teoremei impuls-impuls, ilustrând comparația vizuală dintre fantezirea unui șarpe și un târâș normal.
Proprietatea de captare se află în centrul tehnologiei de manipulare cu laser, deoarece permite mișcarea particulei să fie stăpânită prin poziția punctului, permițând controlul mișcării arbitrare, mai degrabă decât doar oprirea din lipsa acționării controlate. Nanofirele de aur în impulsul de 532nm nanosecunde al acțiunii spot de tip Gaussian, se vor deplasa în interiorul spotului, până când centrul nanofirului și centrul spotului în linie cu centrul spotului, care este un proces tipic de captare . Prin analiza teoretică, cercetătorii au descoperit sursa fizică a forței motrice a șocului fototermic, care se numește forța gradientului fototermic, deoarece expresia include un gradient de temperatură. La mutarea spotului, echilibrul distribuției forței gradient fototermic este întrerupt și nanofirul se re-deplasează spre centrul spotului, iar prin repetarea procesului tot timpul, nanofirul se mișcă axial pe tot drumul cu spotul. În plus, pentru nanofirul capturat în centrul spotului, creșterea puterii laserului va face ca capetele nanofirelor să fie strânse de o forță de gradient fototermic mai mare și îndoite lateral, realizând astfel o mișcare laterală. Acest lucru permite mișcarea arbitrară a nanofirelor într-un plan bidimensional. Figura de mai jos arată utilizarea de către echipă a mai multor nanofire pentru a forma caracterul chinezesc „冲” și cuvântul englezesc „ȘOC”.
Pensele cu impuls fototermic manipulează nanofirele
Folosind nanofoi de paladiu ca șasiu, cercetătorii au construit un nanorobot mai complex și versatil, numit HOUbot datorită asemănării sale cu un crab potcoava chinez (Figura 4a și video). Robotul este capabil să se miște liber ca o mașină și efectuează un grad mai mare de libertate și mișcări fine, cum ar fi împingerea capului, balansarea independentă a cozii și împingerea. Robotul este echipat cu nanofire semiconductoare care pot fi utilizate pentru detectarea umidității in situ. Datorită suprafeței sale relativ mari, robotul este foarte încărcat, cu sarcini utile teoretice de ordinul miligramelor (echivalent cu masa unei furnici). Prin adoptarea unui design macro-mecanic existent pentru a echipa componente suplimentare la bord sau încărcătură, HOUbot poate funcționa ca un macro-robot și este primul nano-robot din lume care poate îndeplini sarcini specifice folosind mijloace mecanice tradiționale.
Schema aferentă
Invenția pensetelor fototermale a permis manipulării laserului să treacă prin dilema rezistenței interfaciale, completând mediul de aplicare al manipulării luminii și permițând laserelor să realizeze în sfârșit capacitatea de a manipula obiecte în mod arbitrar într-un mediu micro-nano comparabil cu cele trei lumi ale pământului. mare și aer (vid/gaz, lichide și solide). Din punct de vedere fizic, accentul se pune pe dinamica termoelastică tranzitorie și pe tribologie, în special studiile nedistructive, care dezvăluie în continuare înțelegerea proceselor mecano-dinamice în domeniul microscopic. Tehnologia poate fi utilizată în principiu în orice domeniu de lungimi de undă și cu orice material absorbabil. În plus, prin modularea spațială a luminii și colaborarea multi-roboți, grupurile de nanoroboți autonomi pot fi realizate pentru a îndeplini sarcini complexe care sunt în prezent de neatins prin mijloace convenționale.
