Grafeen vormt spieren voor vouwbare nanomachines - Grafeen (graphene) | Grafeen (graphene)
Grafeen vormt spieren voor vouwbare nanomachines
nanomachines_cornell

Is het mogelijk om geleidende, omgevingsgevoelige en van vorm veranderende machines ter grootte van een menselijke cel te bouwen?

Wellicht, natuurkundigen Paul McEuen en Itai Cohen hebben alvast de ‘spieren’ van dergelijke machines gefabriceerd.

Een team van wetenschappers heeft een exoskelet gemaakt dat snel van vorm kan veranderen van zodra het chemische of thermische veranderingen waarneemt in de omgeving.

De onderzoekers beweren dat deze microscopische machines – uitgerust met elektronische, fotonische en chemische laadvermogens – een krachtig platform voor robotica kunnen vormen op de schaal van biologische micro-organismen.

“Men kan de rekenkracht van het ruimteschip Voyager op een object ter grootte van een cel plaatsen,” zei Cohen.

“Waar ga je dan op onderzoek uit?”

De machines bewegen met behulp van een motor genaamd een bimorf.

Een bimorf is een verzameling van twee materialen – in dit geval grafeen en glas – en buigt wanneer het wordt aangedreven door stimulerende warmte, een chemische reactie of een aangelegde spanning.

De verandering van vorm vindt plaats omdat, in het geval van warmte, dit met verschillende hoeveelheden toeneemt bij twee materialen met verschillende thermische reacties bij dezelfde temperatuurverandering.

Als gevolg buigt het bimorf voor het verlichten van een deel van de spanning, waardoor de ene laag langer kan uitrekken dan de andere.

Door stijve vlakke panelen toe te voegen die niet door bimorfe elementen kunnen gebogen worden, begeleiden de onderzoekers het buigen om enkel en alleen op specifieke plekken plaats te vinden, waar plooien ontstaan.

Met dit concept kunnen ze verschillende vouwstructuren maken, gaande van tetraëders (driehoekige piramides) tot kubussen.

In het geval van grafeen en glas vouwen de bimorfen ook als reactie op chemische stimuli door grote ionen in het glas te duwen, waardoor het expandeert.

Doorgaans vindt deze chemische activiteit alleen plaats aan de buitenste rand van glas wanneer deze is ondergedompeld in water of een andere ionische vloeistof. Aangezien hun bimorf slechts enkele nanometers dik is, is het glas in feite alleen buitenrand en zeer reactief.

“Het is een handige truc,” zei Miskin, “omdat het iets is dat je alleen kunt doen met deze nanoschaalsystemen.”

Het bimorf is opgebouwd uit atomaire en chemisch verniste lagen van siliciumdioxide op aluminium. Vervolgens wordt via wet-transfer een enkele atomaire laag van grafeen op de top van de stapel toegevoegd.

Het resultaat is de dunste bimorf ooit gemaakt.



Eén van hun machines werd beschreven als “drie keer groter dan een rode bloedcel en driemaal kleiner dan een grote neuron” wanneer opgevouwen. Vouwbare structuren van deze omvang zijn al eerder gebouwd, maar de versie van het team heeft één duidelijk voordeel.

“Onze apparaten zijn compatibel met de productie van halfgeleiders”, aldus Cohen.

“Dat sluit aan bij onze toekomstige visie op robotica op deze schaal.”

Vanwege de relatieve sterkte van grafeen kan het de soorten belastingen aan die nodig zijn voor elektronische toepassingen.

“Als men een exoskelet van elektronica wil bouwen,” vertelde Cohen, “dan is het nodig om genoeg kracht te produceren om de elektronica te kunnen dragen. Wij doen dat. ”

Voorlopig hebben deze kleinste kleine machines geen commerciële toepassing in elektronica, biologische detectie of iets anders.

Maar het onderzoek duwt de wetenschap van nanoschaalrobots naar voren, aldus McEuen.

“Op dit moment zijn er geen ‘spieren’ voor dergelijke kleinschalige machines, dus bouwen wij ze.”

Bron: Cornell


3D print schaalmodel structuur grafeen

Graphene Job Board