Samoorganizujące się cząstki krzemu na żądanie

Fot. Pixabay, CC0

Naukowcy z Duke University i North Carolina State University zaprezentowali pierwsze niestandardowe mikrocząstki półprzewodnikowe, którymi można różnorako kierować, gdy są zawieszone w wodzie. Dzięki początkowym sześciu niestandardowym cząsteczkom, które w przewidywalny sposób wchodzą ze sobą w interakcje, badanie przedstawia pierwsze kroki w kierunku realizacji zaawansowanych aplikacji, takich jak sztuczne mięśnie i rekonfigurowalne systemy komputerowe.

W badaniach Nan Jokerst, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej, i Ugonna Ohiri, świeżo upieczona doktor elektrotechniki w Duke, wyprodukowali cząsteczki krzemu o różnych kształtach, rozmiarach i właściwościach elektrycznych. Ponadto, scharakteryzowali sposób, w jaki cząstki te reagowały na różne wielkości i częstotliwości pól elektrycznych podczas zanurzenia w wodzie.

Ohiri, główna autor badań, powiedziała: "Zaprojektowaliśmy i zakodowaliśmy wiele dynamicznych odpowiedzi w różnych mikrocząstkach, aby stworzyć rekonfigurowalny zestaw narzędzi krzemowych". W poprzednich badaniach zajmowano się przede wszystkim zdefiniowaniem systemów samoorganizujących się, nie skupiano się zaś na szerokiej gamie niestandardowych kształtów i rozmiarów, które są dostępne w mikro- i nanoprzemyśle.

"Większość wcześniejszych prac wykonanych przy użyciu samoskładających się cząstek została wykonana z kształtami, takimi jak kule i inne gotowe surowce" - powiedział Jokerst. "Teraz, kiedy możemy dostosować dowolne kształty, właściwości elektryczne i wzory powłok, które chcemy uzyskać z krzemem, otwiera się zupełnie nowy świat".

Inżynieria cząsteczek z krzemu stanowi okazję do realizacji urządzeń elektronicznych, które mogą się samodzielnie składać i demontować na żądanie. Dostosowywanie ich kształtów i rozmiarów stwarza możliwości odkrywania szerokiej przestrzeni projektowej.

Naukowcom udało się wyprodukować nowy rodzaj cząstek, które mogły poruszać się w wodzie, a ich ruchy można było synchronizować, a także odwracalnie składać je w całość i demontować na żądanie. Cząstki te są wytwarzane przy użyciu technologii Silicon-on-Insulator (SOI). Ponieważ jest to ta sama technologia, która wytwarza układy scalone, w jednym czasie można wyprodukować miliony identycznych cząsteczek.

"Chodzi o to, że ostatecznie będziemy w stanie stworzyć krzemowe systemy obliczeniowe, które będą się montować, demontować, a następnie składać w innym formacie" - powiedział Jokerst. Póki co jest to melodia przyszłości, ale prace naukowców z Duke już dają przedsmak wszystkich możliwości.

"Ta praca to tylko mała namiastka narzędzi, które mamy do kontrolowania dynamiki cząstek" – powiedziała Ohiri. "Nawet nie zarysowaliśmy wszystkich zachowań, które możemy zaprojektować, ale mamy nadzieję, że to multidyscyplinarne badanie może stać się pionierem przyszłych badań nad projektowaniem sztucznych materiałów aktywnych"

(KB)