اخیراً، گروه پروفسور گو فوکسینگ به رهبری آکادمیک ژوانگ سونگلین در دانشکده اپتوالکترونیک دانشگاه چین، یک فناوری عکسبرداری لیزری بر اساس اثر شوک فتوترمال به نام موچین فوتوترمال شوک اختراع کرده است که ضبط و دستکاری خودسرانه را درک می کند. اجسام میکرو و نانو در سطح مشترک جامدات و کاربردهای نانو رباتیک آن را بررسی می کند. نانوروباتهای خودمختار با رانش قدرتمند تحت شرایط تماس جامد خشک توسط شوک فتوترمال" در 11 نوامبر 2012 منتشر شد و نتایج در مجله "نانورباتهای خودکار با رانش قدرتمند تحت شرایط تماس جامد خشک توسط شوک فتوترمال" منتشر شد. نانوروباتهای خودمختار با رانش قدرتمند تحت شرایط تماس جامد خشک توسط شوک فتوترمال" در 24 نوامبر در Nature Communications منتشر شد. دکتر Gu Zhaoqi، Zhu Runlin و Shen Tianci نویسندگان مشترک بودند، و پروفسور Gu Fuxing نویسنده مسئول مربوطه بود، در حالی که سایر همکاران شامل پروفسور Liu Xu از دانشگاه فناوری هبی و پروفسور Liu Jia از دانشگاه Auburn و آکادمیک بودند. ژوانگ سونگلین بر کل تحقیق نظارت داشت. این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین و شانگهای پشتیبانی شد. انتظار میرود این فناوری کاربردهای بیسابقهای را در زمینههای مختلف مانند تولید نانو، زیستپزشکی، هوافضا و نظامی بررسی کند.
سیستم موچین ضربه ای فتوترمال می تواند به طور یکپارچه رباتیک را در دنیای ماکروسکوپی به ارث برده و سناریوهای کار رباتیک هوشمند را در دنیای میکروسکوپی تحقق بخشد. این تیم از یک نانو ورق فلزی همراه با تشخیص تصویر، یادگیری عمیق، برنامهریزی مسیر و کنترل بازخورد استفاده کردند تا اولین نانوروبات خودران جهان با عملکرد تمیز کردن را بسازند. با تشخیص تمیزی یک منطقه انتخاب شده، ربات چرخه تمیز کردن را تکرار می کند تا به سطح تمیزی رضایت بخشی برسد.
به دام انداختن لیزری (به دام انداختن) به عنوان ابزاری قدرتمند برای دستکاری حرکت اجسام در جهان نانو شناخته می شود، که برنده جوایز نوبل فیزیک در سال های 1997 و 2018 برای طیف گسترده ای از کاربردهایش در محیط های دارای رسانه های معلق مانند خلاء و مایعات است. اما در سطوح تماس جامد همچنان چالش برانگیز است. محققان از یک منبع نور پالسی برای گرم کردن یک شی میکرو و نانو استفاده کردند و انرژی جذب شده پالس نور بلافاصله به انبساط مکانیکی تبدیل شد و بار آنی بسیار بزرگی را در داخل جسم ایجاد کرد که به آن شوک فتوترمال (PS) میگویند. اثر شوک آنی نیرویی تولید می کند که بسیار فراتر از حالت ارتعاش معمولی است، درست مانند سرعت پرتاب لحظه ای مارهایی که تغذیه می کنند بسیار بیشتر از سرعت خزیدن معمولی است، بنابراین می تواند مخمصه مقاومت میکرونانو را بشکند و حرکت را در سطح مشترک جامد درک کند. .
نمودار شماتیک قضیه تکانه- تکانه، که مقایسه بصری بین پرتاب یک مار و خزیدن عادی را نشان می دهد.
خاصیت به دام انداختن در قلب فناوری دستکاری لیزری است، زیرا به حرکت ذره اجازه می دهد تا با موقعیت نقطه ای تسلط پیدا کند و کنترل حرکت دلخواه را امکان پذیر می کند، نه اینکه فقط در صورت عدم تحریک کنترل شده متوقف شود. نانوسیمهای طلا در پالس نانوثانیه ۵۳۲ نانومتری از نوع عمل نقطهای گاوسی، به سمت داخل نقطه حرکت میکنند، تا زمانی که مرکز نانوسیم و مرکز نقطه در یک راستا با مرکز لکه باشد، که یک فرآیند ثبت معمولی است. . از طریق تجزیه و تحلیل نظری، محققان منبع فیزیکی نیروی محرکه شوک فتوترمال را پیدا کردند که به آن نیروی گرادیان گرمایی می گویند زیرا این بیان شامل گرادیان دما است. هنگام جابجایی نقطه، تعادل توزیع نیروی گرادیان فتوترمال شکسته میشود و نانوسیم مجدداً به سمت مرکز نقطه حرکت میکند و با تکرار تمام وقت این فرآیند، نانوسیم به صورت محوری تا آخر نقطه حرکت میکند. علاوه بر این، برای نانوسیم جذب شده در مرکز نقطه، افزایش توان لیزر باعث میشود که انتهای نانوسیمها توسط یک نیروی گرادیان فتوترمال بزرگتر فشرده شده و به طرفین خم شوند، بنابراین حرکت جانبی متوجه میشود. این امکان حرکت دلخواه نانوسیم ها را در یک صفحه دو بعدی فراهم می کند. شکل زیر استفاده تیم از چندین نانوسیم برای تشکیل حروف چینی "冲" و کلمه انگلیسی "SHOCK" را نشان می دهد.
موچین های ضربه ای فتوترمال نانوسیم ها را دستکاری می کنند
محققان با استفاده از نانو ورقههای پالادیوم بهعنوان شاسی، نانوروبات پیچیدهتر و همهکارهتری ساختند که به دلیل شباهت آن به خرچنگ نعل اسبی چینی، HOUbot نامیده شد (شکل 4a و ویدیو). این ربات قادر است آزادانه مانند ماشین حرکت کند و درجه آزادی بالاتر و حرکات ظریفی مانند هل دادن سر، تاب دادن مستقل دم و نوک زدن را انجام می دهد. این ربات مجهز به نانوسیم های نیمه هادی است که می تواند برای سنجش رطوبت درجا استفاده شود. این ربات به دلیل سطح نسبتاً بزرگ خود، بارگیری بسیار بالایی دارد و بارهای نظری آن در حد میلی گرم (معادل جرم مورچه) است. با اتخاذ یک طراحی ماکرو-مکانیکی موجود برای تجهیز اجزا یا محموله های اضافی روی برد، HOUbot می تواند مانند یک ربات ماکرو کار کند و اولین ربات نانویی در جهان است که می تواند وظایف خاصی را با استفاده از ابزارهای مکانیکی سنتی انجام دهد.
شماتیک مرتبط
اختراع موچینهای فتوترمال، دستکاری لیزری را قادر میسازد تا از معضل مقاومت سطحی عبور کند و محیط کاربردی دستکاری نور را تکمیل کند و لیزرها را قادر میسازد تا در نهایت توانایی دستکاری خودسرانه اجسام را در یک محیط میکرو نانو قابل مقایسه با سه جهان خشکی درک کنند. دریا و هوا (خلاء/گاز، مایعات و جامدات). از نظر فیزیکی، تمرکز بر دینامیک ترموالاستیک گذرا و تریبولوژی، به ویژه مطالعات غیر مخرب است، که درک فرآیندهای مکانیکی-دینامیکی در قلمرو میکروسکوپی را بیشتر نشان میدهد. این فناوری اصولاً در هر محدوده طول موجی و با هر ماده قابل جذبی قابل استفاده است. علاوه بر این، از طریق مدولاسیون نور فضایی و همکاری چند روباتی، خوشههایی از نانوروباتهای خودمختار را میتوان برای انجام وظایف پیچیدهای که در حال حاضر با ابزارهای متعارف غیرقابل دستیابی هستند، تحقق بخشید.
