I fisici di Leida sfruttano l'autoassemblaggio di piccole particelle per creare un giorno strutture funzionali come i micro-robot dal basso verso l'alto. Ora hanno compiuto un importante passo avanti realizzando sperimentalmente giunti su scala micrometrica. Lo studio è pubblicato su Nanoscala rivista.

I robot di dimensioni micrometriche hanno un grande potenziale, ad esempio in medicina, in quanto possono somministrare farmaci localmente o eseguire interventi chirurgici accurati. Gli scienziati sono quindi alla ricerca di modi per sviluppare robot su questa scala in miniatura. Però, quando si producono versioni sempre più piccole di dispositivi funzionali, si incontrano rapidamente dei limiti. Perciò, La fisica di Leida Daniela Kraft lavora al contrario:dal basso verso l'alto invece che dall'alto verso il basso. Usa particelle di circa un micrometro, i cosiddetti colloidi, come parti. A causa delle loro piccole dimensioni, i colloidi hanno l'ulteriore vantaggio di muoversi continuamente in direzioni casuali, che consente alle strutture di autocostruirsi.

giunti

Sebbene sia già difficile creare le varie parti, come i cubi, triangoli, e manubri, e combinali nel modo desiderato, gli oggetti risultanti sono solitamente rigidi. Se sogni di creare un micro-robot completamente funzionante, servono anche parti che permettano il movimento:le articolazioni. Ora per la prima volta, Kraft e il suo gruppo di ricerca sono riusciti a realizzare tre diversi tipi di giunti alla microscala:cerniere, cursori e giunti sferici. Pubblicano i loro risultati su Nanoscale.

DNA

Per dare alle loro articolazioni la necessaria mobilità, i ricercatori collegano i colloidi attraverso i linker del DNA. Invece di attaccare i linker a un posto fisso sul colloide, si muovono liberamente sulla superficie. Kraft mantiene la densità relativamente bassa a circa un migliaio di linker del DNA per micrometro quadrato sulla superficie del colloide. Ciò è sufficiente per costruire la funzionalità congiunta, mentre allo stesso tempo non sono troppi per arrestare il sistema.

Gradi di libertà

Nel mondo macroscopico, i giunti non creano solo una connessione mobile, forniscono anche funzionalità vincolando il movimento a determinate direzioni. Un cardine di una porta, Per esempio, consente alla porta di ruotare solo in una direzione. Per impartire tali specifici gradi di libertà e quindi funzionalità alle loro articolazioni microscopiche, i fisici hanno sfruttato il fatto che i colloidi si attaccano più forte al massimo contatto. Una sfera collegata a una particella cubica può scorrere solo lungo il suo lato, perché l'area di contatto diminuirà se si gira dietro l'angolo; questo lo rende un giunto scorrevole (Figura 1b). Le sfere collegate alla vita di un manubrio possono orbitare solo intorno al centro, poiché sentono il massimo contatto se toccano entrambe le metà del manubrio (Figura 1c). Ciò fornisce una funzione di cerniera. In terzo luogo, colloidi sferici possono essere usati come giunti sferici perché le particelle attaccate hanno la libertà di muoversi in tutte le direzioni (Figura 1a). Questi tre tipi di giunti microscopici trasformano le strutture colloidali rigide in strutture flessibili che costituiscono la base per i futuri micro robot autocostruiti.