激光将显微镜电子机器人走进步行 - 每硅晶片可以生产100万机器人

康奈尔和宾夕法尼亚大学的研究人员建立了微妙的机器人，该机器人包括由硅光伏制成的简单电路 - 基本上是躯干和脑 - 和四个电化学致动器，用作腿。当激光照射在光伏电压上时，机器人走路。

1959年，前康奈尔物理学家理查德·菲文曼在其着名的讲座“底部有足够的房间”，其中他描述了从电脑筹码到令人难以置信的小尺寸的技术萎缩的机会。好吧，底部刚刚拥挤。

康奈尔LED协作创造了一种合并半导体部件的第一显微镜机器人，使其能够控制 - 并进行标准电子信号。

这些机器人大致大小的参数，为建立了利用基于硅的智能的更复杂的版本提供了一个模板，可以是批量生产的，并且有一天可以通过人体组织和血液行进。

合作由艾拉科恩，保罗迈汶教授，纽曼物理科学教授 - 艺术和科学学院 - 以及他们的前博士·米库尔金，现在是一位助理教授宾夕法尼亚大学。

该团队的论文，“电子整合，大规模制造，微观机器人”，于2020年8月26日出版，本质上。

微米尺度的建筑机器人是棘手的，特别是在设计小型'执行器'时 - 允许机器人移动的电机。传统的执行器不在这样的小规模上工作，并且新的致动器可以使用磁力等工作机制，并且难以与传统的基于硅的微电子集成。现在，研究人员团队已经开发出一种新型的执行器，可以通过电子方式运行，可以直接分层到控制它的电路上。这将在过去50年的微电子研究中打开门，以纳入机器人，这么小，人眼无法看到。

行走机器人是最新的迭代，并且在许多方面，科恩和MCEUEN的先前纳米级创作的演变，从微观传感器到基于石墨烯的折纸机。

新机器人约5微米厚（微米为百万米），宽40微米，范围为40至70微米。每个机器人包括由硅光伏制成的简单电路 - 基本上用作躯干和大脑 - 和四个用作腿的电化学致动器。

由于微小的机器似乎是基本的，创造腿是一个巨大的壮举。

“在机器人的大脑的背景下，我们只是采取了现有的半导体技术并使其小且可释放，”米库恩说，纳米级科学和微系统（下一个纳米）工作组， Provost的激进协作倡议的一部分，并指导Kavli研究所在康奈尔进行纳米级科学。

“但之前腿部不存在，”Mceuen说。“您可以使用的小型电动可激活的执行器。所以我们必须发明那些，然后将它们与电子产品相结合。“

机器人厚度为约5微米，宽40微米，范围为40至70微米的长度 - 与副渣等微生物大致相同。

使用原子层沉积和光刻，该团队从铂的条带构成腿部厚，厚度覆盖一侧的薄层惰性钛。在将正电荷施加到铂施加到铂时，带负电荷的离子从周围溶液中吸附到暴露的表面上以中和电荷。这些离子力迫使暴露的铂膨胀，使条带弯曲。条带的超薄度使材料能够在不破裂的情况下急剧弯曲。为了帮助控制3D肢体运动，研究人员将刚性聚合物板在条带顶部上图案化。面板之间的间隙像膝盖或脚踝一样，允许腿以受控方式弯曲并因此产生运动。

研究人员通过在不同光伏的激光脉冲中控制机器人，每个激光脉冲每一个都会充电一组单独的腿。通过在前后光伏之间来回切换激光，机器人走路。

“虽然这些机器人在其功能中是原始的 - 它们并不是很快，但他们没有很多计算能力 - 我们制造的创新使它们与标准的微芯片制造兼容，打开门，以使这些微观机器人智能制造这些微观机器人科恩说，快速和批量生产。“这真的只是弓的第一次射击，嘿，我们可以在微小的机器人上做电子整合。”

机器人肯定是高科技，但它们以低电压（200毫伏）和低功耗（10纳瓦图）运行，并保持强大和稳健的尺寸。因为它们采用标准光刻工艺制造，所以它们可以并行制造：大约100万机器人配合在4英寸硅晶片上。

研究人员正在探索用更复杂的电子产品和车载计算汤机器人的方法 - 有一天可能导致微观机器人爬行和重组材料的大群，或缝合血管，或者正在调度enmasse以探测大量的血管人的大脑。

“控制一个小型机器人可能就像你可以缩小自己的缩小一样靠近。我认为这样的机器将把我们带入各种令人惊叹的世界，这太小了看起来太小了，“Miskin说，这是研究的领先作者。

共同作者包括David Muller，Samuel B. Eckert工程教授; alejandro cortese，ph.d.'19，一个康奈尔总统博士生;博士后研究员青金刘;博士生Michael Cao '14，Kyle Dorsey和Michael Reynolds;和科学实验室的前大学工作人员和技术人员和爱德华埃斯皮亚。

“这项研究突破为调查与活跃物质物理学相关的新问题提供了令人兴奋的科学机会，最终可能导致未来派机器人材料，”军队研究办公室的计划经理，战斗能力发展指挥的军队的一项元素研究实验室，支持研究。

康奈尔材料研究中心的空军办公室空军办公室提供了额外的支持，这些材料研究中心研究了国家科学基金会研究科学和工程中心计划，以及康奈尔的Kavli研究所为纳米级科学提供支持。该工作是在康奈克纳米级科学和技术设施进行的。

艺术与科学学院的物理学教授Itai Cohen谈到了工程学院艺术与科学学院群体跨学科研究。

参考：“以电子整合，大规模制造的微观机器人”由Marc Z.Miskin，Alejandro J. Cortese，Kyle Dorsey，Edward P. Esposito，Michael F. Reynolds，青春刘，Michael Ca，David A. Muller，Paul L. Mceuen和Itai Cohen，2020年8月26日，Nature.doi：
10.1038 / S41586-020-2626-9