Istraživači sa Sveučilišta Cornell stvorili su aktuatore veličine mikrona koji atomski tankim dvodimenzionalnim materijalima omogućavaju da se preklope u 3D konfiguracije. Sve što im pritom treba je malo napona. A kad se materijal savije, on zadržava oblik i bez pomoći napona.

Mikroskopski mali i pametni

Za demonstraciju mogućnosti istraživači su izradili vjerojatno najmanji origami ptice, a postupak su opisali u radu objavljenom u časopisu Science Robotics.   

"Ljudi su naučili kako graditi složene sustave i strojeve, u  ljudskim proporcijama i u ogromnim razmjerima. Ali još nismo svladali vještinu izrade strojeva u malim razmjerima", kaže jedan od istraživača, profesor Paul McEuen. "Ovo pokazuje kako bi mogli konstruirati strojeve ne veće od stanica."

"Želimo imati robote koji su mikroskopski male, ali pametne. To znači da nam treba čip na robotu koji nije veći od 100 mikrona", objašnjava profesor fizike Itai Cohen. On zamišlja budućnost u kojoj milijun mikroskopskih robota bespogovorno izvršava svoje zadatke i sastavlja u složenije strukture. 

Oksidacija pod naponom

Pri izradi oglednog nano origamija najteže je bilo pronaći materijal koji reagira na CMOS sklopove. To su uspjeli postići s fleksibilnim aktuatorom koji se može savijati s radijusom zakrivljenosti manjim od mikrona. 

Origami se sastoji od nanometarski tankog sloja platine prekrivenog titanskim filmom. Na vrhu se nalazi i nekoliko krutih ploča od silicijevog dioksida. Pod pozitivnim naponom atomi kisika ubacuju se u platinu i zamjenjuju mjesta. Oksidacija uzrokuje širenje platine u šavovima između inertnih staklenih ploča, što savija strukturu u unaprijed određeni oblik.

Roboti taj oblik zadržavaju i nakon prekida napona jer se atomi kisika skupljaju i stvaraju barijeru. Primjena negativnog napona uklanja atome kisika i brzo vratiti platinu u prvotno stanje. 

"Ti mali sićušni slojevi debeli su oko 30 atoma; list papira može biti debeo i 100.000 atoma. Dakle, bio je ogroman inženjerski izazov shvatiti kako napraviti tako sitno i funkcionalno", kaže McEuen. Strojevi se brzo savijaju, za samo 100 milisekundi i mogu to učiniti tisućama puta. A dovoljan je samo jedan volt da bi oživjeli. 

Više od Guinnessa

Nije ovo prva minijatura istraživača s Cornella. U Guinnessovoj knjizi rekorda već se nalazi njihov najmanji hodajući robot. Isto će se dogoditi i njihovom samosavijajućom origami pticom širokom samo 60 mikrona.

Tim trenutno radi na integraciji atenuatora u hodajuće robote s preklopivim nogama, kao i robote koji se kreću u valovima. Te bi inovacije jednom mogle dovesti do nano robota nalik minijaturnim Roombama koji mogu očistiti bakterijsku infekciju iz ljudskog tkiva ili robotske kirurške instrumente desetke puta sitnije od postojećih uređaja, zamišlja Cohen.