Skanningselektronmikroskopbilden visar den fågelliknande konstruktionen med arrangemang av nanoskala magneter. Magneterna kan magnetiseras i olika orienteringar parallellt med färgstängerna. Genom att programmera deras magnetisering, forskarna kan få fåglar att utföra olika rörelser i ett magnetfält. Upphovsman:Paul Scherrer Institute/Swiss Federal Institute of Technology, Zürich
Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI och ETH Zürich har utvecklat en mikromaskin som kan utföra olika åtgärder. Först programmeras nanomagneter i komponenterna i mikrorobotarna magnetiskt och sedan styrs de olika rörelserna av magnetfält. Sådana maskiner, som bara är några tiotals mikrometer tvärs över, kan användas, till exempel, i människokroppen för att utföra små operationer. Forskarna har nu publicerat sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Natur .
Roboten, som mäter bara några mikrometer tvärs över, påminner om en pappersfågel gjord med origami — den japanska konsten att vika papper. Men, till skillnad från en pappersstruktur, roboten rör sig som genom ett trollslag utan synlig kraft. Den klappar med vingarna eller böjer nacken och drar tillbaka huvudet. Dessa handlingar är alla möjliga av magnetism.
Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI och ETH Zürich har satt ihop mikromaskinen av material som innehåller små nanomagneter. Dessa nanomagneter kan programmeras att anta en viss magnetisk orientering. När de programmerade nanomagneterna sedan utsätts för ett magnetfält, specifika krafter verkar på dem. Om dessa magneter finns i flexibla komponenter, krafterna som verkar på dem gör att komponenterna rör sig.
Programmering av nanomagneterna
Nanomagneterna kan programmeras om och om igen. Denna omprogrammering resulterar i olika krafter, och nya rörelser resulterar.
För konstruktion av mikrorobot, forskarna tillverkade uppsättningar av koboltmagneter på tunna ark av kiselnitrid. Fågeln konstruerad av detta material kunde sedan utföra olika rörelser, som att flaxa, svävande, vändning eller sidglidning.
"De rörelser som utförs av mikroroboten sker inom millisekunder, säger Laura Heyderman, chef för Laboratoriet för multiskaliga materialexperiment vid PSI och professor för mesoskopiska system vid institutionen för material, ETH Zürich. "Men programmering av nanomagneterna tar bara några nanosekunder. Detta gör det möjligt att programmera de olika rörelserna efter varandra. Detta innebär att den lilla mikrofågeln först kan klappa sina vingar, glid sedan åt sidan och klappa efteråt igen. "Om det behövs, fågeln kunde också sväva emellan, säger Heyderman.
Laura Heyderman (vänster) och Tian-Yun Huang (mitten) tittar på en modell av origami-fågeln, medan Jizhai Cui observerar den riktiga mikroroboten under ett mikroskop. Det han kan se visas i videon som forskarna gjort. Upphovsman:Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic
Intelligenta mikrorobotar
Detta nya koncept är ett viktigt steg mot mikro- och nanoroboter som inte bara lagrar information för att ge en viss handling, men kan också programmeras om för att utföra olika uppgifter. "Det är tänkbart att i framtiden, en autonom mikromaskin kommer att navigera genom mänskliga blodkärl och utföra biomedicinska uppgifter som att döda cancerceller, "förklarar Bradley Nelson, chef för institutionen för maskin- och processteknik vid ETH Zürich. "Andra tillämpningsområden är också tänkbara, till exempel flexibel mikroelektronik eller mikrolinser som ändrar sina optiska egenskaper, "säger Tianyun Huang, en forskare vid Institute of Robotics and Intelligent Systems vid ETH Zürich.
Dessutom, applikationer är möjliga där ytornas egenskaper förändras. "Till exempel, de kan användas för att skapa ytor som antingen kan vätas av vatten eller stöta bort vatten, "säger Jizhai Cui, ingenjör och forskare i Mesoscopic Systems Lab.
