Najmenší dom na svete

Francúzsky nanorobotický tím z Femto-ST inštitútu vo francúzskom Besancone zostavil nový mikrorobotický systém, ktorý posúva hranice optických nanotechnológií.

Mikrodomček so šikmou strechou a rozmermi v desiatkach mikrometrov ukazuje schopnosť iónového zdroja zaostriť na pochu 300 krát 300-mikrometrov. CREDIT: FEMTO-ST Institute

Kombinácia viacerých existujúcich technológií vytvára nanotováreň μRobotex na mikroštruktúry. Tá je umiestnená vo veľkej vákuovej komore a umiestňuje a pripája komponenty na špičky optických vlákien s nanometrovou presnosťou. Článok o mikroskopickej konštrukcii mikrodomčeka, bol publikovaný v časopise Journal of Vacuum Science and Technology A, vydavateľstva AIP Publishing. Táto mikrokonštrukcia demonštruje, ako môžu výskumníci rozvíjať technológie optického snímania, keď manipulujú s iónovými zdrojmi, elektrónovými zväzkami a jemne riadenou robotickou pilotážou (mikrodomček na konci optického vlákna pekne vidieť na obrázku číslo 10. v JVST A článku).

Až doteraz nemali technológie laboratória-na-vláknach žiadne robotické pohony pre nanoskladanie, takže inžinieri nemohli v tomto rozsahu budovať mikroštruktúry. Táto inovácia umožňuje nainštalovať miniaturizované snímacie prvky na koncoch optických vlákien, aby inžinieri mohli vidieť a manipulovať s rôznymi komponentmi. S týmto vylepšením môžu byť optické vlákna tenké ako ľudské vlasy vložené do neprístupných miest, ako sú tryskové motory a krvné cievy na detekciu úrovní žiarenia alebo vírusových molekúl.

"Po prvýkrát sme dokázali realizovať vzorkovanie a montáž s presnosťou menšou ako 2 nanometre, čo je veľmi dôležitý výsledok pre robotiku a optickú komunitu," uviedol autor článku Jean-Yves Rauch.

Francúzski inžinieri spojili všetky technologické komponenty pre nanoskladanie dokopy - sústredený iónový zväzok, systém vstrekovania plynu a malý manévrovateľný robot - vo vákuovej komore a inštalovali mikroskop na zobrazenie procesu montáže. "Rozhodli sme sa postaviť mikrodomček na vlákne, aby sme preukázali, že sme schopní realizovať takéto mikrosystémové zostavy-stavby na optickom vlákne, s vysokým stupňom presnosti" povedal Rauch.

Budovanie mikrodomčeka je ako vyrávať obrovské kocky z papiera, ale nanoskladanie vyžaduje sofistikovanejšie nástroje. Zameraný iónový zväzok sa používa ako nožnice na rezanie alebo škrabanie "papiera" kremíkových membrán domu. Akonáhle sa steny sklopia do správnej polohy, na iónovom zdroji sa zvolí nižšie nastavenie výkonu a systém vstrekovania plynu prilepí okraje konštrukcie na svoje miesto. Iónový zväzok s nízkym výkonom a vstrekovanie plynu jemne rozprašuje dlaždicový vzor na streche, detail zdôrazňuje presnosť a flexibilitu systému (postup výroby mikrodomčeka je dobre znázornený na obrázku 9. v článku v JWST A).

V tomto procese sa iónový zdroj musel sústrediť na plochu iba 300 mikrometrov krát 300 mikrometrov (samotný mikrodomček má veľkosť približne 20 mikrometrov). Na túto plochu sa vystreľovali ióny na špičku vlákna a kremičitú membránu a postupne z nich "stavali" mikrodomček. "Je to veľká výzva riadiť robota s tak vysokou presnosťou na krížovom bode medzi dvoma zväzkami," povedal Rauch. Vysvetlil, že dvaja inžinieri pracujú na viacerých počítačoch a riadia proces. Mnoho krokov je už automatizovaných, ale tím dúfa, že v budúcnosti zautomatizuje všetky robotické fázy montáže.

Výskumník v Femto-ST Institute vo francúzskom Besançon, ovláda microrobotický systéms využívajúci nové optické nanotechnológie. CREDIT: FEMTO-ST Institute

Teraz, pomocou systému μRobotex, inžinieri vytvárajú funkcionalizované mikroštruktúry na detekciu špecifických molekúl pripojením ich mikroštruktúr na optické vlákna. Tím nanorobotiky dúfa, že posunie hranice tejto technológie ešte ďalej tým, že postaví menšie štruktúry a upevní ich na uhlíkových nanotrubkách s priemerom iba 20 nanometrov až 100 nanometrov.

Zdroj: publishing.aip.org, https://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.5020128