Kleine drijvende robots kunnen op allerlei manieren nuttig zijn, bijvoorbeeld, om de menselijke darm te onderzoeken op ziekten of om in het milieu te zoeken naar verontreinigende stoffen. In een stap in de richting van dergelijke apparaten, onderzoekers beschrijven een nieuw huwelijk van materialen, het combineren van ultradunne 2D-elektronica met miniatuurdeeltjes om microscopische machines te creëren.

De onderzoekers presenteren hun werk vandaag op de 255e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

"Je kunt elektronische circuits maken die een enkel atoom dik zijn, die gewoon waanzinnig dun is, "Michael Strano, doctoraat, zegt. "Een creatief gebruik waar tot nu toe nog niemand aan heeft gedacht, is deze elektronica te gebruiken en te enten op een colloïdaal deeltje. Het deeltje, die als een stofje in de lucht kan zweven, heeft eenvoudige rekenfuncties. Je kunt deze nieuwe elektronica naar omgevingen brengen waar ze anders geen toegang toe zouden hebben."

Als eerste stap, de onderzoekers moesten een compatibele set elektronische componenten ontwikkelen voor de coating van het deeltje om een ​​gesloten autonoom circuit te vormen. "Dit was moeilijk om te doen, " zegt Volodymyr Koman, doctoraat, een onderzoeker in de groep van Strano aan het Massachusetts Institute of Technology. "We hebben een aantal verschillende apparaten doorgenomen om aan bepaalde stroom- en energievereisten te voldoen."

Uiteindelijk, Het team van Strano selecteerde een biocompatibel materiaal, SU-8, voor de deeltjes ter grootte van een micrometer en ze lithografisch geëtst om een ​​gesloten circuit te creëren dat bestaat uit een stroombron, een detector en een geheugenapparaat. De krachtbron was een pn-heterojunctie van MoS2 en WSe2 die licht kan omzetten in elektrische stroom. Zowel MoS2 als WSe2 zijn 2D-halfgeleiders. De detector was een chemiresistor, een duidelijke enkele laag MoS2, ontworpen om de elektrische weerstand te veranderen als reactie op een omgevingsmiddel. De elektrische output wordt opgeslagen in een geheugenapparaat dat bestaat uit een afzonderlijke laag MoS2-vlokken die is ingeklemd tussen gouden en zilveren elektroden.

Aangezien deeltjesmobiliteit en stabiliteit een belangrijk onderdeel zouden zijn van de voorgestelde toepassingen, de onderzoekers gingen eerst na of en hoe ver de elektronische deeltjes konden reizen. belangrijk, 2D-materialen hebben hogere reklimieten in vergelijking met vergelijkbare materialen. De onderzoekers vernevelden ze en dreven ze naar een doel; de kleine deeltjes vlogen een paar voet.

De onderzoekers voorzien een scala aan toepassingen voor deze miniatuurvliegmachines. Monitoren van grote gebieden op bacteriën, sporen, rook, stof of giftige dampen vereisen momenteel enorme middelen, zegt Koman. Satellieten of een vloot vliegende drones kunnen deze taken uitvoeren, maar ze zijn duur, terwijl sensoren op de grond een arbeidsintensieve installatie vereisen, die vaak traag is in vergelijking met de aërosolverspreidingssnelheid. "Als een alternatief, introduceren we het concept van een aerosolizeerbaar elektronisch apparaat, "zegt hij. Als een voorbeeld, de onderzoekers testten de kleine apparaten in een gesimuleerde gasleiding. De vliegmachines zeilden met succes door de testkamer en detecteerden onderweg de aanwezigheid van koolstofdeeltjes of vluchtige organische stoffen en sloegen deze informatie op in het geheugen.

"We plaatsen kleine retroreflectoren op de deeltjes - zoals je op je fietsen hebt - zodat ze licht reflecteren en ons in staat stellen de deeltjes snel te vinden, " zegt Koman. Na de gevangenneming, de onderzoekers downloadden de informatie van de deeltjes. "Voor uitlezen, de deeltjes hebben aangewezen metalen verbindingen, als een stopcontact:zodra u twee sondes plaatst, je kunt de status van het apparaat uitlezen." Het geheugen kan dan worden gewist, zodat de miniatuurmachines opnieuw kunnen worden gebruikt.

De volgende stappen van de onderzoekers zijn het ontwikkelen van deeltjes voor aanvullende toepassingen, inclusief als monitors van het menselijke spijsverteringsstelsel. "Dit is het juiste idee en het juiste moment, "zegt Strano. "Zie deze als proto-robots."