Nanorobots et Microrobots - les Applications Possibles Excitent, Beaucoup de Défis Restent À Adresser

Professeur Brad Nelson, Institut de la Robotique et des Systèmes Intelligents, ETH Zürich, Suisse
Auteur Correspondant : bnelson@ethz.ch

Nanorobots restent dans le royaume de la science-fiction, bien que les efforts de recherche liés à la robotique à petite échelle commencent à approcher ces cotes. Nanorobots sont des robots qui sont nanoscale dans la taille ou de grands robots capables de manipuler les objectifs qui ont des cotes dans le domaine de nanoscale avec la définition de nanomètre. La manipulation de Nanorobotic est une technologie de activation pour des Systèmes de NanoElectroMechanical ou NEMS. NEMS avec les matériaux et les structures nouveaux de nanoscale activera beaucoup de nanosensors et de nanoactuators neufs.

Microrobots sont des machines intelligentes qui fonctionnent aux échelles de micron. Professeur Brad Nelson et ses collègues À l'Institut de la Robotique et des Systèmes Intelligents ont récent expliqué trois types distincts de microrobots graduel de plus de petite taille qui sont sans fil actionnés et réglés par des champs magnétiques1. Ces robots classés par micron ont été fabriqués et assmebled par des outils et des procédés développés par des chercheurs d'IRIS. Plusieurs de ces systèmes sont utilisés pour l'exploration robotique dans les domaines biologiques, comme dans l'enquête sur les structures moléculaires, les systèmes cellulaires, et le comportement complexe d'organisme.

Microrobot à côté d'une mouche à fruit

Pour des microrobots à grande échelle, de le µm 2mm à 500, IRISENT les dispositifs en trois dimensions microassemble de chercheurs du matériau ferromagnétique. Ces microrobots répondent avec précision aux couples et aux forces produits par des champs magnétiques et des gradients de champ2.

Dans le µm 500 au domaine de 200 µm, les chercheurs d'IRIS ont développé un procédé pour microfabricating les robots qui moissonnent l'énergie magnétique des faibles zones de oscillation (1-6mT, 2-5kHz) utilisant une technique de résonance3.

Encore à de plus petites échelles, vers le bas aux cotes de micron, les chercheurs d'IRIS ont développé des microrobots qu'ils se sont référés en tant que Flagelles Bactériens Artificiels (ABF) qui sont d'une taille et d'une forme assimilées en tant que flagelles bactériens naturels, et qui nagent utilisant une stratégie hélicoïdale de natation de Nombre de Reynolds faible assimilé. ABF sont effectués à partir d'un procédé en couche mince d'auto-défilement et utilisent également un faible champ magnétique (1-6mT), mais un qui tournent plutôt qu'oscillent4,5.

La nouveauté de ces trois « microrobots » est qu'ils sont tous des dispositifs minuscules qui peuvent être avec précision réglés avec l'autant d'en tant que six degrés de liberté. Puisque la distance dont ces structures peuvent être réglées est relativement grande, les structures peuvent non seulement être utilisées comme outils pour manipuler d'autres structures de micro et de nanoscale telles que des cellules et des molécules, assimilés aux techniques de piégeage de particules, mais peuvent également servir de véhicules à l'accouchement visé aux emplacements profondément au sein du corps humain. Le micro et les nanorobots sont tous non-sphériques. Par Conséquent, leur position et orientation peuvent être avec précision réglées, enlevant une limitation actuelle du piégeage de particules.

Microrobot sur un penny des États-Unis

Tandis Que les applications possibles de ces dispositifs excitent, beaucoup de défis restent à relever. Pour functionalize ces dispositifs et améliorer leurs capacités de performance, des délivrances principales dans le jeu de forces de surface de rôle doivent être abordées ; le biocompatibility doit être assuré ; la charge et la diffusion des biomolécules doivent être vérifiées ; et des interactions avec et la manipulation du tissu et des macromolécules doivent être considérées comme, pour nommeres mais quelques uns des défis restants.

Il y a beaucoup pourtant pour faire.


Références

1. J.J. Abbott, K.E. Peyer, M.C. Lagomarsino, L. Zhang, L.X. Dong, I.K. Kaliakatsos, B.J. Nelson, « Comment Devrait le Bain de Microrobots ? » Tourillon International de la Recherche En Matière de Robotique, Juillet 2009.
2. K.B. Yesin, K. Vollmers et B.J. Nelson, « Modélisation et contrôle des biomicrorobots untethered dans un environnement hydraulique utilisant des champs électromagnétiques, » Tourillon International de la Recherche En Matière de Robotique, Vol. 25, Pp. 527-536, 2006.
3. K. Vollmers, D.R. Frutiger, B.E. Kratochvil, B.J. Nelson, « microactuator magnétique résonnant Sans Fil pour les microrobots mobiles untethered », Lettres de Physique Appliquée, Vol. 92, Numéro 14, 2008.
4. L. Zhang, J.J. Abbott, L.X. Dong, B.E. Kratochvil, D.J. Bell, D.J. et B.J. Nelson, « flagelles bactériens Artificiels : Fabrication et contrôle magnétique, » Lettres de Physique Appliquée, Vol. 94, Février 2009.
5. L. Zhang, J.J. Abbott, L.X. Dong, K.E. Peyer, B.E. Kratochvil, H.X. Zhang, C. Bergeles, B.J. Nelson, « Caractérisant les Propriétés de Natation des Flagelles Bactériens Artificiels », Lettres Nanoes, Vol. 9, Numéro 10, Octobre 2009, Pp. 3663-3667.

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Brad Nelson (Institut de Robotique et de Systèmes Intelligents, ETH Zürich)

Date Added: Dec 13, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:10

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