Роботизированная сборка самого маленького дома в мире

Французская команда инженеров из Института Femto-ST в Безансоне, Франция, создала новую систему микророботов, которая продвигает границы оптических нанотехнологий. Комбинируя несколько существующих технологий, μRobotex строит микроструктуры в большой вакуумной камере и фиксирует компоненты на кончиках оптических волокон с нанометровой точностью.

Построение микрообъектов, опубликованное в журнале Vacuum Science and Technology A из AIP Publishing, демонстрирует, как исследователи могут продвигать оптические технологии, когда они манипулируют ионными пушками, электронными лучами и точно управляемым роботизированным пилотированием.

До сих пор технологии Lab-on-fiber не имели роботизированных приводов для нано-сборки, поэтому работа в этом масштабе мешала инженерам создавать микроструктуры. Нововведение позволяет устанавливать миниатюрные чувствительные элементы на кончиках волокон, чтобы инженеры могли видеть и манипулировать различными компонентами.

При таком продвижении оптические волокна, тоньше человеческого волоса, могут быть вставлены в недоступные места, такие как реактивные двигатели и кровеносные сосуды, для обнаружения уровней излучения или вирусных молекул.

«Впервые мы смогли реализовать паттернирование и сборку с точностью менее 2 нанометров, что является очень важным результатом для робототехники и оптического сообщества», — сказал Жан-Ив Раух, автор статьи.

Французские инженеры объединили все технологические компоненты для нано-сборки — сфокусированного ионного пучка, системы впрыска газа и крошечного маневренного робота — в вакуумной камере и установили микроскоп для просмотра процесса сборки. «Мы решили построить микрофон на волокне, чтобы показать, что мы можем реализовать эти микросистемные сборки поверх оптического волокна с высокой точностью», — сказал Раух.

Создание микродома — это как сделать гигантский кубик из листка бумаги, но для наносборки нужны более сложные инструменты. Сфокусированный ионный луч используется как ножницы для резки «бумаги» для дома. Как только стены становятся в нужное положение, на ионной пушке выбирается более низкая мощность, а система впрыска газа закрепляет края конструкции на месте. Низкоэнергетический ионный пучок и закачка газа затем мягко разбрызгивают черепичный узор на крыше, деталь, которая подчеркивает точность и гибкость системы.

В этом процессе ионная пушка должна была сосредоточиться на площади всего 300 на 300 микрометров для запуска ионов на наконечник волокна и кремниевую мембрану. «Очень сложно пилотировать робота с высокой точностью на этой точке пересечения между двумя лучами», — сказал Раух. Он объяснил, что два инженера работали на нескольких компьютерах для управления процессом. Многие шаги уже автоматизированы, но в будущем команда надеется автоматизировать все роботизированные этапы сборки.

Теперь, используя систему μRobotex, инженеры строят функционализированные микроструктуры для обнаружения определенных молекул путем прикрепления их микроструктур к оптическим волокнам. Команда ученых надеется еще более улучшить технологию, построив более мелкие структуры и зафиксировав их на углеродных нанотрубках диаметром от 20 до 100 нанометров.

Больше информации: Smallest microhouse in the world, assembled on the facet of an optical fiber by origami and welded in the μRobotex nanofactory. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2018; 36 (4): 041601 DOI: 10.1116/1.5020128