Найден способ массово производить графеновых роботов размером с живую клетку
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Materials группой во главе с Майклом Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического института.
Микроскопические роботы пригодились бы человечеству в самых разных областях, от медицины до ремонта механизмов. Но пока они остаются штучным товаром, поскольку процесс их изготовления сложен и дорог. Команда Страно нашла неожиданное решение.
Изготовление начинается с листа графена (напомним, что это слой углерода толщиной в один атом). На него с помощью особого струйного принтера наносится "начинка" роботов: микросхемы и так далее. В этот момент заготовка выглядит как поле (лист), на котором через равные промежутки высятся цилиндры, похожие на колонны или стопки монет ("внутренности" будущих роботов). А потом исследователи кладут сверху ещё один лист графена и оказывают на него точно рассчитанное давление.
Графен славится своей прочностью на разрыв, но он довольно хрупок, когда дело доходит до излома. Пока другие исследователи ищут и находят способы борьбы с этим недостатком, группа Страно поступает по принципу "не можешь предотвратить – возглавь".
"Мы обнаружили, что можем использовать эту хрупкость, – говорит Страно. – Это парадоксально. Если бы до этой работы мне сказали, что можно разрушить материал, чтобы контролировать его форму в наномасштабе, я бы не поверил".
Однако учёные реализовали именно этот сценарий. Если нажать на верхний лист графена в нужных точках и с нужной силой, то он разламывается нужным образом. Можно представить себе это как падение скатерти на круглый стол: она принимает форму стола, на который падает. Ещё одна аналогия: лепка пельменей, когда верхний слой теста укладывают поверх специальной формы с ячейками и прокатывают сверху скалкой.
В результате получаются "пельмени" из графена с начинкой из электроники. Важно, что процесс изготовления оболочки фактически представляет собой один шаг: положить сверху лист материала и нужным образом нажать. При этом сразу получается множество экземпляров "робота". Это несравнимо с технологиями, требующими многоэтапного изготовления корпуса для каждого отдельного устройства.
Исследователи продемонстрировали, что этот способ работает не только с графеном, но и с другими двумерными материалами, такими как дисульфид молибдена и нитрит бора. Как полагают авторы, потенциально его можно применить к очень широкому кругу 2D-материалов.
Размер получаемых устройств варьируется от десяти микрометров (диаметр человеческого эритроцита) до ста микрометров.
"[При взгляде] в микроскоп вы, вероятно, могли бы убедить большинство людей, что это клетки", – утверждает Страно.
Более того, команда Страно проверила, что такие роботы остаются работоспособными даже спустя несколько месяцев плавания в воде, которая по понятным причинам является экстремальной средой для любой электроники.
Сейчас учёные работают над функционалом своих "подопечных", чтобы превратить их из лабораторных экземпляров в полезные устройства.
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о наногенераторах в кровеносных сосудах, "ветряках" на основе бактерий и роботах из молекул ДНК. Не обошли мы стороной и контролируемое разрушение материала, рассказав, как оно помогает быстро изготовить из него двумерные листы.