Een Frans nanorobotica-team van het Femto-ST Institute in Besançon, Frankrijk, een nieuw microrobotica-systeem geassembleerd dat de grenzen van optische nanotechnologieën verlegt. Door verschillende bestaande technologieën te combineren, de μRobotex nanofactory bouwt microstructuren in een grote vacuümkamer en bevestigt componenten op optische vezeltips met nanometernauwkeurigheid. De microhuisconstructie, gerapporteerd in de Journal of Vacuum Science and Technology A , laat zien hoe onderzoekers optische detectietechnologieën kunnen verbeteren wanneer ze ionenkanonnen manipuleren, elektronenstralen en fijn gecontroleerde robotbesturing.

Tot nu, lab-on-fiber-technologieën hadden geen robotactuatoren voor nanoassemblage, dus werken op deze schaal weerhield ingenieurs ervan microstructuren te bouwen. Dankzij deze innovatie kunnen geminiaturiseerde sensorelementen op fibertips worden geïnstalleerd, zodat ingenieurs verschillende componenten kunnen zien en manipuleren. Met deze vooruitgang optische vezels zo dun als mensenhaar kunnen worden ingebracht op ontoegankelijke locaties zoals straalmotoren en bloedvaten om stralingsniveaus of virale moleculen te detecteren.

"Voor het eerst waren we in staat om patronen en assemblages te realiseren met een nauwkeurigheid van minder dan 2 nanometer, wat een zeer belangrijk resultaat is voor de robotica- en optische gemeenschap, " zei Jean-Yves Rauch, een auteur op papier.

De Franse ingenieurs combineerden alle technologische componenten voor nanoassemblage - een gefocusseerde ionenstraal, een gasinjectiesysteem en een kleine manoeuvreerbare robot - in een vacuümkamer, en installeerde een microscoop om het montageproces te bekijken. "We hebben besloten om het microhuis op de vezel te bouwen om te laten zien dat we in staat zijn om deze microsysteemassemblages met hoge nauwkeurigheid op een optische vezel te realiseren, ' zei Rauch.

Het bouwen van een microhuis is als het maken van een gigantische dobbelsteen van een stuk papier, maar nanoassemblage vereist meer geavanceerde tools. De gefocusseerde ionenstraal wordt als een schaar gebruikt om het silicamembraan "papier" van het huis te knippen of in te snijden. Zodra de muren op hun plaats vouwen, een lagere vermogensinstelling is geselecteerd op het ionenpistool, en het gasinjectiesysteem plakt de randen van de constructie op hun plaats. De ionenstraal met laag vermogen en de gasinjectie sputteren dan zachtjes een tegelpatroon op het dak, een detail dat de nauwkeurigheid en flexibiliteit van het systeem benadrukt.

In dit proces, het ionenkanon moest zich concentreren op een gebied van slechts 300 micrometer bij 300 micrometer om ionen af ​​te vuren op de vezeltip en het silicamembraan. "Het is een hele uitdaging om de robot met hoge nauwkeurigheid te besturen op dit kruispunt tussen de twee stralen, " zei Rauch. Hij legde uit dat twee ingenieurs op meerdere computers werkten om het proces te besturen. Veel stappen zijn al geautomatiseerd, maar in de toekomst hoopt het team alle robotstadia van assemblage te automatiseren.

Nutsvoorzieningen, met behulp van het μRobotex-systeem, deze ingenieurs bouwen gefunctionaliseerde microstructuren om specifieke moleculen te detecteren door hun microstructuren op optische vezels te bevestigen. Het nanorobotica-team hoopt de grenzen van de technologie nog verder te verleggen, door kleinere structuren te construeren en deze op koolstofnanobuisjes te bevestigen, slechts 20 nanometer tot 100 nanometer in diameter.