Piccoli robot galleggianti potrebbero essere utili in tutti i modi, Per esempio, sondare l'intestino umano alla ricerca di malattie o cercare inquinanti nell'ambiente. In un passo verso tali dispositivi, i ricercatori descrivono un nuovo matrimonio di materiali, combinando l'elettronica 2-D ultrasottile con particelle in miniatura per creare macchine microscopiche.

I ricercatori presenteranno oggi il loro lavoro al 255esimo National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"Puoi creare circuiti elettronici dello spessore di un singolo atomo, che è semplicemente follemente sottile, "Michele Strano, dottorato di ricerca, dice. "Un uso creativo a cui nessuno ha pensato fino ad ora è prendere questi dispositivi elettronici e innestarli su una particella colloidale. La particella, che può fluttuare nell'aria come un granello di polvere, ha semplici funzioni di calcolo. Puoi portare questi nuovi dispositivi elettronici in ambienti a cui altrimenti non potrebbero accedere."

Come primo passo, i ricercatori avevano bisogno di sviluppare un set compatibile di componenti elettronici per il rivestimento della particella per formare un circuito autonomo chiuso. "Era difficile da fare, "dice Volodymyr Koman, dottorato di ricerca, un ricercatore nel gruppo di Strano al Massachusetts Institute of Technology. "Abbiamo esaminato una serie di dispositivi diversi per soddisfare determinati requisiti di alimentazione ed energia".

Alla fine, Il team di Strano ha selezionato un materiale biocompatibile, SU-8, per le particelle di dimensioni micrometriche e incise litograficamente per creare un circuito chiuso costituito da una fonte di alimentazione, un rivelatore e un dispositivo di memoria. La fonte di energia era un'eterogiunzione p-n di MoS2 e WSe2 in grado di convertire la luce in corrente elettrica. Sia MoS2 che WSe2 sono semiconduttori 2-D. Il rivelatore era un chemiresistore, un distinto singolo strato di MoS2, progettato per modificare la sua resistenza elettrica in risposta a un agente ambientale. L'uscita elettrica è memorizzata in un dispositivo di memoria costituito da uno strato separato di scaglie di MoS2 racchiuse tra elettrodi d'oro e d'argento.

Poiché la mobilità e la stabilità delle particelle sarebbero una parte importante delle applicazioni proposte, i ricercatori hanno prima verificato se e quanto lontano potessero viaggiare le particelle elettroniche. È importante sottolineare che I materiali 2-D possiedono limiti di deformazione più elevati rispetto a materiali simili. I ricercatori li hanno aerosolizzati e li hanno spinti verso un bersaglio; le minuscole particelle volarono per un paio di piedi.

I ricercatori prevedono una serie di usi per queste macchine volanti in miniatura. Monitoraggio di grandi aree per batteri, spore, Fumo, polvere o fumi tossici attualmente richiedono enormi risorse, dice Koman. I satelliti o una flotta di droni volanti possono svolgere questi compiti ma sono costosi, mentre i sensori a terra richiedono un'installazione laboriosa, che è spesso lenta rispetto alla velocità di diffusione dell'aerosol. "In alternativa, introduciamo il concetto di dispositivo elettronico aerosolizzabile, " dice. Ad esempio, i ricercatori hanno testato i minuscoli dispositivi in ​​un gasdotto simulato. Le macchine volanti hanno attraversato con successo la camera di prova e hanno rilevato la presenza di particolato di carbonio o composti organici volatili lungo il percorso e hanno memorizzato queste informazioni.

"Abbiamo messo piccoli retroriflettori sulle particelle, come quelli che hai sulle tue biciclette, in modo che riflettano la luce e ci permettano di trovare rapidamente le particelle, " dice Koman. Dopo la cattura, i ricercatori hanno scaricato le informazioni dalle particelle. "Per la lettura, le particelle hanno connessioni metalliche designate, come una presa:una volta inserite due sonde, puoi leggere lo stato del dispositivo." La memoria può quindi essere cancellata in modo che le macchine in miniatura possano essere riutilizzate.

I prossimi passi dei ricercatori sono lo sviluppo di particelle per applicazioni aggiuntive, anche come monitor del sistema digestivo umano. "Questa è l'idea giusta e il momento giusto, "dice Strano. "Pensa a questi come proto-robot."