Son zamanlarda, Çin Üniversitesi Optoelektronik Okulu'ndan akademisyen Zhuang Songlin liderliğindeki Prof. Gu Fuxing'in grubu, fototermal şok etkisine dayalı, Fototermal Şok Cımbızları adı verilen ve yakalama ve keyfi manipülasyonu gerçekleştiren bir lazer yakalama teknolojisi icat etti. Katıların arayüzündeki mikro ve nano nesnelerin analizi ve nano robotik uygulamalarını araştırıyor. Fototermal şokla kuru katı temas koşulları altında güçlü itiş gücüne sahip otonom nanorobotlar" 11 Kasım 2012'de yayınlandı ve sonuçlar "Fototermal Şokla Kuru Katı Temas Koşulları Altında Güçlü İtkiye Sahip Otonom Nanorobotlar" dergisinde yayınlandı. Otonom nanorobotlar "fototermal şokla kuru katı temas koşulları altında güçlü itiş gücü" 24 Kasım'da Nature Communications'da yayınlandı. Dr. Gu Zhaoqi, Zhu Runlin ve Shen Tianci ortak yazarlardı ve Prof. Gu Fuxing ilgili yazardı; diğer işbirlikçiler arasında Hebei Teknoloji Üniversitesi'nden Prof. Liu Xu ve Auburn Üniversitesi'nden Prof. Liu Jia ve Akademisyen vardı. Zhuang Songlin tüm araştırmayı denetledi. Araştırma Çin ve Şangay Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklendi. Teknolojinin nano imalat, biyotıp, havacılık ve askeri gibi çeşitli alanlarda benzeri görülmemiş uygulamaları keşfetmesi bekleniyor.
Fototermal dürtü cımbız sistemi, makroskobik dünyadaki robot teknolojilerini sorunsuz bir şekilde devralabilir ve mikroskobik dünyada akıllı robotik çalışma senaryolarını gerçekleştirebilir. Ekip, dünyanın temizleme işlevine sahip ilk otonom nanorobotunu gerçekleştirmek için görüntü tanıma, derin öğrenme, yol planlama ve geri bildirim kontrolüyle birleştirilmiş metal bir nano tabaka kullandı. Seçilen bir alanın temizliğini tanıyan robot, tatmin edici bir temizlik seviyesine ulaşana kadar temizleme döngüsünü tekrarlayacaktır.
Lazer yakalamanın (yakalama), vakumlar ve sıvılar gibi asılı ortamların bulunduğu ortamlardaki geniş uygulama yelpazesi nedeniyle 1997 ve 2018 Nobel Fizik Ödüllerini kazanan, nanodünyadaki nesnelerin hareketini manipüle etmek için güçlü bir araç olduğu anlaşılmaktadır. ancak katı temas yüzeylerinde zorlu olmaya devam ediyor. Araştırmacılar bir mikro ve nano nesneyi ısıtmak için darbeli bir ışık kaynağı kullandılar ve ışık darbesinin emilen enerjisi anında mekanik genleşmeye dönüştürüldü ve nesnenin içinde Fototermal Şok (PS) adı verilen son derece büyük bir anlık yük oluşturuldu. Anlık şok etkisi, tıpkı beslenen yılanların anlık hamle hızının normal emekleme hızını çok aşması gibi, normal titreşim modunu çok aşan bir kuvvet üretir, böylece mikro-nano direncinin çıkmazını kırabilir ve katı arayüzdeki hareketi gerçekleştirebilir. .
Bir yılanın hamlesi ile normal bir emekleme arasındaki görsel karşılaştırmayı gösteren, itme-momentum teoreminin şematik diyagramı.
Yakalama özelliği, lazer manipülasyon teknolojisinin kalbinde yer alır, çünkü parçacığın hareketinin nokta konumuyla kontrol altına alınmasına olanak tanır ve kontrollü harekete geçme eksikliğinde durmak yerine keyfi hareket kontrolüne olanak tanır. Gaussian tipi nokta eyleminin 532nm nanosaniyelik darbesindeki altın nanoteller, tipik bir yakalama işlemi olan, nanotelin merkezi ve noktanın merkezi noktanın merkezi ile aynı hizada olana kadar noktanın içine doğru hareket edecektir. . Teorik analiz yoluyla araştırmacılar, ifadenin bir sıcaklık gradyanı içermesi nedeniyle fototermal gradyan kuvveti olarak adlandırılan fototermal şok itici kuvvetinin fiziksel kaynağını buldular. Noktayı hareket ettirirken, fototermal gradyan kuvvet dağılımının dengesi bozulur ve nanotel, noktanın merkezine doğru yeniden hareket eder ve bu işlem sürekli tekrarlanarak nanotel, nokta ile birlikte eksenel olarak tüm yol boyunca hareket eder. Ek olarak, noktanın merkezinde yakalanan nanotel için, lazer gücünün arttırılması, nanotel uçlarının daha büyük bir fototermal gradyan kuvveti tarafından sıkıştırılmasına ve yana doğru bükülmesine, dolayısıyla yanal hareketin gerçekleşmesine neden olacaktır. Bu, nanotellerin iki boyutlu bir düzlemde keyfi hareketini sağlar. Aşağıdaki şekil, ekibin Çince "冲" karakterini ve İngilizce "SHOCK" kelimesini oluşturmak için birden fazla nanotel kullandığını gösteriyor.
Fototermal dürtü cımbızları nanotelleri yönetir
Paladyum nano tabakalarını şasi olarak kullanan araştırmacılar, Çin at nalı yengecine benzemesi nedeniyle HOUbot adını verdikleri daha karmaşık ve çok yönlü bir nanorobot inşa ettiler (Şekil 4a ve video). Robot bir araba gibi serbestçe hareket edebiliyor ve kafa itme, bağımsız kuyruk sallama ve dürtme gibi daha yüksek derecede özgürlük ve ince hareketler gerçekleştirebiliyor. Robot, yerinde nem algılama için kullanılabilecek yarı iletken nanotellerle donatılmıştır. Nispeten geniş yüzeyi nedeniyle robot, miligram mertebesinde (bir karıncanın kütlesine eşdeğer) teorik yük taşıma kapasitesiyle oldukça yüklenebilir. HOUbot, ek yerleşik bileşenleri veya kargoyu donatmak için mevcut bir makro-mekanik tasarımı benimseyerek, bir makro robot gibi çalışabilir ve geleneksel mekanik araçları kullanarak belirli görevleri yerine getirebilen dünyanın ilk nano robotudur.
İlgili şema
Fototermal cımbızın icadı, lazer manipülasyonunun arayüzey direnci ikilemini aşmasını sağladı, ışık manipülasyonunun uygulama ortamını tamamladı ve lazerlerin, karanın üç dünyası ile karşılaştırılabilecek bir mikro-nano ortamda nesneleri keyfi olarak manipüle etme yeteneğini nihayet gerçekleştirmesini sağladı. deniz ve hava (vakum/gaz, sıvılar ve katılar). Fiziksel olarak odak noktası geçici termoelastik dinamikler ve triboloji, özellikle de mikroskobik alandaki mekanik-dinamik süreçlerin anlaşılmasını daha da ortaya koyan tahribatsız çalışmalardır. Teknoloji prensipte herhangi bir dalga boyu aralığında ve herhangi bir emilebilir malzemeyle kullanılabilir. Ek olarak, uzaysal ışık modülasyonu ve çoklu robot işbirliği yoluyla, şu anda geleneksel yöntemlerle gerçekleştirilemeyen karmaşık görevleri gerçekleştirmek için otonom nanorobot kümeleri gerçekleştirilebilir.
