Riċentement, il-grupp tal-Prof Gu Fuxing taħt it-tmexxija tal-akkademiku Zhuang Songlin fl-Iskola tal-Optoelectronics tal-Università taċ-Ċina vvinta teknoloġija tal-qbid tal-lejżer ibbażata fuq l-effett ta 'xokk fototermali, imsejjaħ Pinzetti Photothermal-Shock, li jirrealizza l-qbid u l-manipulazzjoni arbitrarja ta’ mikro u nano-oġġetti fl-interface tas-solidi u jesplora l-applikazzjonijiet tan-nano-robotika tiegħu. Nanorobots awtonomi b'imbottatura qawwija taħt kundizzjonijiet ta 'kuntatt solidu niexef minn xokk fototermali" ġiet ippubblikata fil-11 ta' Novembru 2012, u r-riżultati ġew ippubblikati fil-ġurnal "Nanorobots awtonomi b'Imbottatura qawwija taħt kundizzjonijiet ta 'kuntatt solidu niexef minn Xokk fototermali". Nanorobots awtonomi. bi spinta qawwija taħt kundizzjonijiet ta 'kuntatt solidu niexef minn xokk fototermali" ġiet ippubblikata fl-24 ta' Novembru f'Komunikazzjonijiet tan-Natura. Dr Gu Zhaoqi, Zhu Runlin u Shen Tianci kienu l-ko-awturi, u l-Profess Gu Fuxing kien l-awtur korrispondenti, filwaqt li kollaboraturi oħra kienu jinkludu lill-Profs Liu Xu mill-Università tat-Teknoloġija ta’ Hebei u lill-Profs Liu Jia mill-Università ta’ Auburn, u Akkademiku Zhuang Songlin issorvelja r-riċerka kollha. Ir-riċerka kienet appoġġata mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza Naturali taċ-Ċina u Shanghai. It-teknoloġija hija mistennija li tesplora applikazzjonijiet bla preċedent f'diversi oqsma bħan-nanomanifattura, il-bijomediċina, l-ajruspazju u l-militar.
Is-sistema tal-pinzetti tal-impuls fototermali tista 'tirtu bla xkiel ir-robotika fid-dinja makroskopika u tirrealizza xenarji ta' xogħol robotiku intelliġenti fid-dinja mikroskopika. It-tim uża nanosheet tal-metall, flimkien ma 'rikonoxximent ta' l-immaġini, tagħlim fil-fond, ippjanar tal-mogħdija, u kontroll ta 'feedback biex jirrealizza l-ewwel nanorobot awtonomu fid-dinja b'funzjoni ta' tindif. Billi jagħraf l-indafa ta 'żona magħżula, ir-robot se jirrepeti ċ-ċiklu tat-tindif sakemm jilħaq livell sodisfaċenti ta' ndafa.
L-insib bil-lejżer (insib) huwa mifhum li huwa għodda qawwija għall-manipulazzjoni tal-moviment ta 'oġġetti fin-nanodinja, wara li rebaħ il-Premji Nobel għall-Fiżika 1997 u 2018 għall-firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet tiegħu f'ambjenti b'midja sospiża, bħal vakwu u likwidi, iżda tibqa 'sfida fuq uċuħ ta' kuntatt solidi. Ir-riċerkaturi użaw sors ta 'dawl pulsat biex isaħħnu mikro u nano-oġġett, u l-enerġija assorbita tal-polz tad-dawl ġiet istantanjament konvertita f'espansjoni mekkanika, li tiġġenera tagħbija istantanja estremament kbira ġewwa l-oġġett, imsejħa Xokk Fototermali (PS). L-effett ta 'xokk istantanju jipproduċi forza li taqbeż bil-bosta l-mod ta' vibrazzjoni normali, bħad-veloċità tal-lunge istantanja tas-sriep li jitimgħu taqbeż ħafna l-veloċità normali tat-tkaxkir, u għalhekk tista 'tkisser il-predikazzjoni tar-reżistenza mikro-nano u tirrealizza l-moviment fl-interface solida .
Dijagramma skematika tat-teorema tal-impuls-momentum, li turi l-paragun viżwali bejn il-lunge ta 'serp u tkaxkir normali.
Il-proprjetà tal-insib hija fil-qalba tat-teknoloġija tal-manipulazzjoni tal-lejżer, peress li tippermetti li l-moviment tal-partiċelli jiġi mhaddma mill-pożizzjoni tal-post, li tippermetti kontroll tal-moviment arbitrarju, aktar milli sempliċement tieqaf f'nuqqas ta 'attwazzjoni kkontrollata. Nanowires tad-deheb fil-polz nanosecond ta '532nm ta' azzjoni fuq il-post tat-tip Gaussian, se jimxu lejn ġewwa tal-post, sakemm iċ-ċentru tan-nanowire u ċ-ċentru tal-post f'konformità maċ-ċentru tal-post, li huwa proċess ta 'qbid tipiku . Permezz ta 'analiżi teoretika, ir-riċerkaturi sabu s-sors fiżiku tal-forza li tmexxi x-xokk fototermali, li tissejjaħ il-forza tal-gradjent fototermali minħabba li l-espressjoni tinkludi gradjent tat-temperatura. Meta tiċċaqlaq il-post, l-ekwilibriju tad-distribuzzjoni tal-forza tal-gradjent fototermali jinkiser, u n-nanowire jerġa 'jiċċaqlaq lejn iċ-ċentru tal-post, u billi jirrepeti l-proċess il-ħin kollu, in-nanowire jiċċaqlaq assjalment it-triq kollha mal-post. Barra minn hekk, għan-nanowire maqbud fiċ-ċentru tal-post, iż-żieda tal-qawwa tal-lejżer tikkawża li t-truf tan-nanowire jingħafsu b'forza akbar ta 'gradjent fototermali u mgħawġa lejn il-ġenb, u b'hekk tirrealizza moviment laterali. Dan jippermetti moviment arbitrarju tan-nanowires fi pjan bidimensjonali. Il-figura t'hawn taħt turi l-użu tat-tim ta 'nanowires multipli biex jiffurmaw il-karattru Ċiniż "冲" u l-kelma Ingliża "SHOCK".
Pinzetta ta 'impulsi fototermali jimmanipulaw nanowires
Bl-użu ta 'nanosheets tal-palladju bħala chassis, ir-riċerkaturi bnew nanorobot aktar kumpless u versatili, imsejjaħ HOUbot minħabba x-xebh tiegħu ma' granċi taż-żiemel Ċiniż (Figura 4a u vidjo). Ir-robot jista 'jiċċaqlaq liberament bħal karozza, u jwettaq grad ogħla ta' libertà u movimenti fini bħal imbuttar tar-ras, tbandil indipendenti tad-denb u poking. Ir-robot huwa mgħammar b'nanowires semikondutturi li jistgħu jintużaw għal sensing ta 'umdità in situ. Minħabba l-wiċċ relattivament kbir tiegħu, ir-robot jista 'jitgħabbi ħafna, b'tagħbija teoretika ta' ordni ta 'milligrammi (ekwivalenti għall-massa ta' ant). Billi tadotta disinn makro-mekkaniku eżistenti biex tgħammar komponenti jew merkanzija abbord addizzjonali, HOUbot jista 'jaħdem bħal makro-robot u huwa l-ewwel nano-robot fid-dinja li jista' jwettaq kompiti speċifiċi bl-użu ta 'mezzi mekkaniċi tradizzjonali.
Skematika relatata
L-invenzjoni tal-pinzetti fototermali ppermettiet li l-manipulazzjoni tal-lejżer tkisser mid-dilemma tar-reżistenza interfacial, tikkumplimenta l-ambjent tal-applikazzjoni tal-manipulazzjoni tad-dawl u tippermetti lill-lejżers biex finalment jirrealizzaw l-abbiltà li jimmanipulaw oġġetti b'mod arbitrarju f'ambjent mikro-nano komparabbli mat-tliet dinjiet tal-art, baħar, u arja (vakwu/gass, likwidi, u solidi). Fiżikament, l-enfasi hija fuq dinamika termoelastika temporanja u triboloġija, speċjalment studji mhux distruttivi, li jiżvelaw aktar il-fehim tal-proċessi mekkanik-dinamiċi fl-isfera mikroskopika. It-teknoloġija fil-prinċipju tista 'tintuża fi kwalunkwe medda ta' wavelength u ma 'kwalunkwe materjal assorbibbli. Barra minn hekk, permezz ta 'modulazzjoni tad-dawl spazjali u kollaborazzjoni multi-robot, gruppi ta' nanorobots awtonomi jistgħu jiġu realizzati biex iwettqu ħidmiet kumplessi li bħalissa ma jistgħux jintlaħqu b'mezzi konvenzjonali.
