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自记忆机器人——世界最小千纸鹤

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发表于 2021-04-08 00:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingsuper?context=%7B%22nid%22%3A%22news_8733508089969477934%22%7D&n_type=0&p_from=1

最近,一只神奇的纸鹤登上了《Science Robotics》的封面,它能在100毫秒内自动折叠,并且大小只有几十微米,比头发丝的直径还小!被称为“世界上最小的纸鹤”。


这只纸鹤来头可不小,它诞生于康奈尔大学,是由中国学者刘清坤联合多位来自原子纳米、机械、物理和电气工程等领域的科学家研发的。



微型自折叠纸鹤机器人





世界上最小的纳米级纸鹤”——形状记忆功能的微型驱动器


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 楼主| 发表于 2021-04-08 00:27 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

这支纸鹤可不是个玩具,它是一个微型机器人,或者说得更学术些——一个具有形状记忆功能的微型驱动器。






要制作一个自主运动的微型机器人,那么它需要一个类似计算机CPU的“大脑”,这时,互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管发挥了作用,该晶体管可以作为机器人上的计算机芯片,其侧面为100微米。


在温度、光线、磁场等外部刺激下,一些材料能被激活成一定形状、撤去外部刺激后仍能恢复到原始形状。

普通的形状记忆材料很容易制备,但要响应CMOS晶体的控制,还要实现纳米级别,这就很困难了。


中国学者刘清坤想出了一个办法,他提出用铂金属薄膜表面电化学氧化还原的方法,制备出了一种特殊的电控形状记忆驱动器:驱动器由覆盖着二氧化钛薄膜的铂组成






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 楼主| 发表于 2021-04-08 00:29 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

该方法的驱动过程如下:

当施加正电压时,氧原子被驱入材料中与铂原子交换位置,这样铂的暴露面就会伸长,而另一面的长度不变,整个结构会弯曲成预定形状,这个过程称为氧化。

去除电压后,驱动器依然能保持这种形状,因为嵌入的氧原子会聚在一起形成势垒,从而阻止它们扩散出去。

当施加负电压时,铂里面的氧原子就会离开,迅速还原为原始状态。



这样一来,通过改变材料的图案,可以创建一系列折纸结构,这些驱动器的厚度仅有约30个原子厚(相比之下一张纸的厚度是10000个原子),还不到 10 纳米,因此驱动器弯曲时的弯曲半径也非常小,仅有500纳米。


机器人可以在100毫秒内快速折叠。它们还可以展平并重新折叠数千次





康奈尔大学的这支研究团队已经不是第一次研发出纳米级机器人了,之前他们制作的最小步行机器人还获得了吉尼斯世界纪录。

这只纳米级自折叠纸鹤将是下一任吉尼斯世界记录的新得主!

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 楼主| 发表于 2021-04-08 00:31 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

为什么要研发这么小的自折叠纸鹤?

它的意义并非仅仅作为玩具,人类已经建造很多大规模的复杂系统和机器人,而微型机器人的应用前景更值得期待,它们可以在血管中游泳,可用来输送药物,甚至是修复损伤细胞。



然而,构造像细胞一样小的微型机器人是个很复杂的问题,微型机器人和大型机器人一样,它得有传感器和通讯接口,还要计算机CPU等作为 “大脑”的控制电路。依靠成熟的半导体工艺,工程师们可轻易设计和制造以上元件,而适用于微型机器人的是长期悬而未决的难题。

有了纳米级纸鹤这种驱动器,原子厚度的二维材料能被折叠成三维结构,这一过程中科学家们只需进行快速电压突变,即便电压被移除,受到弯曲的材料也能保持其形状。


甚至可以想象:一百万个制造的微型机器人从晶圆上松开后会折叠成预定形状,自由爬行并完成其任务,甚至组装成更复杂的结构





(科幻小说里面的纳米级别自组装机器人)

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CDer:000360244
发表于 2021-04-08 07:48 | 显示全部楼层
过去听说过记忆金属。
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 楼主| 发表于 2021-04-08 13:55 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

李无敌 发表于 2021-04-08 07:48
过去听说过记忆金属。

这个是自组装  还不一样,可以智能的组合成其他形状

当然目前还不行
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CDer:000013271
发表于 2021-04-08 14:10 | 显示全部楼层
主要还是用于医学上面,其他用途不明显。
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CDer:000360244
发表于 2021-04-08 15:23 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

SK78517 发表于 2021-04-08 14:10
主要还是用于医学上面,其他用途不明显。

想起来孙悟空变的  蟭蟟虫
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CDer:000088239
 楼主| 发表于 2021-04-08 18:50 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

SK78517 发表于 2021-04-08 14:10
主要还是用于医学上面,其他用途不明显。

他也可以把自己改变成另外一种物体
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CDer:001119677
发表于 2021-04-08 21:09 | 显示全部楼层

RE: 自记忆机器人——世界最小千纸鹤

SK78517 发表于 2021-04-08 14:10
主要还是用于医学上面,其他用途不明显。

相当于机械上的齿轮。齿轮有了,很快会发展出钟表等各种用途的复杂机械。
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