Nýlega hefur hópur prófessors Gu Fuxing undir forystu Zhuang Songlin fræðimanns við Optoelectronics School of the University of China fundið upp leysirfangatækni sem byggir á ljóshitaáhrifum, sem kallast Photothermal-Shock Tweezers, sem gerir sér grein fyrir handtöku og handahófskenndri meðferð. af ör- og nanóhlutum á snertifleti fastra efna og kannar nanó-vélfærafræði forrit þess. Sjálfstýrð nanóvélmenni með öflugu þrýstingi við þurrar fastsnertiskilyrði með ljóshitaáfalli" var birt 11. nóvember 2012 og niðurstöðurnar voru birtar í tímaritinu "Autonomous Nanorobots with Powerful Thrust under Dry Solid-Contact Conditions by Photothermal Shock". Autonomous nanorobots með öflugu þrýstingi við þurrar aðstæður í snertingu við föstu formi með ljóshitaáfalli“ var birt 24. nóvember í Nature Communications. Dr. Gu Zhaoqi, Zhu Runlin og Shen Tianci voru meðhöfundar, og prófessor Gu Fuxing var samsvarandi höfundur, en aðrir samstarfsmenn voru prófessor Liu Xu frá Hebei tækniháskólanum og prófessor Liu Jia frá Auburn háskólanum og fræðimaður. Zhuang Songlin hafði umsjón með allri rannsókninni. Rannsóknin var studd af National Natural Science Foundation í Kína og Shanghai. Gert er ráð fyrir að tæknin muni kanna áður óþekkt forrit á ýmsum sviðum eins og nanóframleiðslu, líflæknisfræði, geimferðum og her.
Ljóshitaspennukerfið getur óaðfinnanlega erft vélfærafræði í stórsæja heiminum og gert sér grein fyrir atburðarás snjallrar vélmennavinnu í smásjárheiminum. Liðið notaði nanóblað úr málmi, ásamt myndgreiningu, djúpu námi, leiðarskipulagi og endurgjöfarstýringu til að átta sig á fyrsta sjálfstæða nanóvélmenni heimsins með hreinsunaraðgerð. Með því að þekkja hreinleika á valnu svæði mun vélmennið endurtaka hreinsunarferlið þar til það nær fullnægjandi hreinleikastigi.
Leysigildrun (gildra) er talin vera öflugt tæki til að stjórna hreyfingum hluta í nanóheiminum, eftir að hafa hlotið Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði 1997 og 2018 fyrir margvíslega notkun þess í umhverfi með svifandi miðli, svo sem tómarúm og vökva, en það er enn krefjandi á traustum snertiflötum. Rannsakendur notuðu púlsaðan ljósgjafa til að hita ör- og nanóhlut og frásoginni orku ljóspúlsins var samstundis breytt í vélrænni þenslu, sem myndaði afar mikið tafarlaust álag inni í hlutnum, kallað Photothermal Shock (PS). Tafarlaus höggáhrif framkalla kraft sem er langt umfram venjulegan titringsham, rétt eins og augnabliks lungnahraði snáka sem nærast er langt umfram venjulegan skriðhraða, þannig að það getur rofið vandræði ör-nano viðnáms og gert sér grein fyrir hreyfingu á föstu viðmóti .
Skýringarmynd af hvata-hraðasetningunni, sem sýnir sjónrænan samanburð á snákakasti og venjulegu skriði.
Flokkunareiginleikinn er kjarninn í leysitækni, þar sem hún gerir kleift að ná tökum á hreyfingu ögnarinnar með staðsetningarstöðu, sem gerir handahófskennda hreyfistýringu kleift, frekar en að stöðva aðeins þegar ekki er stjórnað virkjun. Gull nanóvírar í 532nm nanósekúndna púls af Gauss-gerð blettavirkni, munu færast inn í blettinn, þar til miðja nanóvírsins og miðja blettsins eru í takt við miðju blettsins, sem er dæmigert fangferli. . Með fræðilegri greiningu fundu rannsakendur eðlisfræðilega uppsprettu ljóshitaáfallsdrifkraftsins, sem er kallaður ljóshitahallikraftur vegna þess að tjáningin inniheldur hitastig. Þegar bletturinn er færður rofnar jafnvægi ljóshitahallakraftsdreifingar og nanóvírinn hreyfist aftur í átt að miðju blettisins og með því að endurtaka ferlið allan tímann færist nanóvírinn áslega alla leið með blettinum. Að auki, fyrir nanóvírinn sem er tekinn í miðju blettsins, mun aukning á leysiraflið valda því að nanóvíraendanum verða kreistir af stærri ljóshitahallakrafti og beygðir til hliðar, þannig að hliðarhreyfingar verða til. Þetta gerir handahófskennda hreyfingu nanóvíra í tvívíðu plani kleift. Myndin hér að neðan sýnir notkun liðsins á mörgum nanóvírum til að mynda kínverska stafinn „冲“ og enska orðið „SHOCK“.
Photothermal impuls pincet vinna nanóvíra
Með því að nota palladíum nanóplötur sem undirvagn byggðu rannsakendur flóknara og fjölhæfara nanóvélmenni, kallað HOUbot vegna þess að það líkist kínverskum hestaskókrabbi (Mynd 4a og myndband). Vélmennið er fær um að hreyfa sig frjálslega eins og bíll og framkvæmir meiri frelsi og fínar hreyfingar eins og höfuðýta, sjálfstæða skottsveiflu og pota. Vélmennið er búið hálfleiðurum nanóvírum sem hægt er að nota til að skynja raka á staðnum. Vegna tiltölulega stórs yfirborðs er vélmennið mjög hleðsluhæft, með fræðilega hleðslu af stærðargráðunni milligrömm (jafngildir massa maurs). Með því að samþykkja núverandi stórvélræna hönnun til að útbúa viðbótaríhluti eða farm um borð, getur HOUbot unnið eins og stórvélmenni og er fyrsta nanóvélmenni heimsins sem getur framkvæmt ákveðin verkefni með hefðbundnum vélrænum aðferðum.
Tengd skýringarmynd
Uppfinningin á ljóshita-pincet hefur gert leysigeislameðferð kleift að brjótast í gegnum viðnámsvandamálið, sem bætir við notkunarumhverfi ljóssmeðferðar og gerir leysirum kleift að gera sér loksins grein fyrir hæfileikanum til að meðhöndla hluti af geðþótta í ör-nano umhverfi sem er sambærilegt við þrjá heima landsins, sjó og loft (tæmi/gas, vökvar og fast efni). Líkamlega er áherslan á tímabundna hitateygjuhreyfingu og ættfræði, sérstaklega óeyðandi rannsóknir, sem leiða enn frekar í ljós skilning á vélknúnum ferlum á smásjársviðinu. Tæknin er í grundvallaratriðum hægt að nota á hvaða bylgjulengdasviði sem er og með hvaða gleypnu efni sem er. Að auki, með staðbundinni ljósmótun og samvinnu með mörgum vélmennum, er hægt að gera þyrpingar af sjálfstæðum nanóvélmennum að veruleika til að framkvæma flókin verkefni sem nú er ekki hægt að ná með hefðbundnum hætti.
