『Cover Story』Dai nanometri ai sub-millimetri: la trasformazione dei microrobot!

Volume 24 Numero 1, gennaio 2025

Qingkun Liu, Wei Wang, Himani Sinhmar, Itay Griniasty, Jason Z. Kim, Jacob T. Pelster, Paragkumar Chaudhari, Michael F. Reynolds, Michael C. Cao, David A. Muller, Alyssa B. Apsel, Nicholas L. Abbott, Hadas Kress-Gazit, Paul L. McEuen & Itai Cohen

La copertina di questo numero di Materiali naturali È "Robot metasheet microscopici configurabili elettronicamente" pubblicato da Professoressa Itai Cohen della Cornell University e Professore associato Liu Qingkun dell’Università Jiao Tong di Shanghai.

Contesto della ricerca

Nel campo della microbiologia, il morphing è essenziale per il movimento di organismi minuscoli. Tuttavia, ottenere questo cambiamento di forma nei robot submillimetrici è sempre stata una sfida tecnica. Questo perché, con la riduzione delle dimensioni, vari ostacoli associati alla miniaturizzazione (come la difficoltà di fabbricazione, la progettazione del meccanismo di azionamento, ecc.) diventano particolarmente evidenti. Pertanto, lo sviluppo di robot in grado di ottenere cambiamenti di forma su scala microscopica è di grande importanza per promuovere lo sviluppo della tecnologia della microrobotica.

Significato della ricerca

Questo studio ha dimostrato con successo la realizzazione di robot metasheet deformabili, programmabili elettronicamente e microscopici, superando le sfide poste dalla miniaturizzazione. Questi robot utilizzano una struttura kirigami di cinque ordini di grandezza, da cerniere azionate elettrochimicamente di 10 nanometri a pannelli dispiegabili di 100 micrometri, per ottenere un'espansione locale. Questi pannelli sono organizzati in celle unitarie che possono espandersi e contrarsi del 40%, creando una metasuperficie con oltre 200 cerniere e aree indipendenti azionate elettronicamente all'interno di una dimensione del robot di circa 1 mm. Questo design consente al robot di passare da una geometria target all'altra con distribuzioni di curvatura uniche. Azionando elettronicamente aree indipendenti e preimpostando i ritardi di fase, questo studio ha anche permesso di definire l'andatura del robot.

Questo risultato di ricerca non solo dimostra la fattibilità di cambiamenti morfologici su scala microscopica, ma apre anche una nuova strada allo sviluppo di robot microscopici, continui, conformi e programmabili. Questo non rappresenta solo una svolta fondamentale nel campo della robotica, ma fornisce anche una base teorica e un supporto tecnico per un'ampia gamma di applicazioni, come micromacchine riconfigurabili, metasuperfici ottiche sintonizzabili e dispositivi microbiomedici.

Prospettive di ricerca

Si prevede che questo risultato di ricerca promuoverà lo sviluppo di una serie di applicazioni innovative. Nel campo delle micromacchine riconfigurabili, questa tecnologia di cambiamento morfologico microscopico può essere utilizzata per realizzare micromacchine in grado di adattare automaticamente la propria forma in base ai cambiamenti ambientali o alle esigenze operative. Nel campo delle metasuperfici ottiche sintonizzabili, regolando dinamicamente la morfologia della metasuperficie, è possibile ottenere una manipolazione precisa della luce, apportando cambiamenti rivoluzionari in settori come le comunicazioni ottiche, l'imaging e la rilevazione. Inoltre, nel campo della biomedicina, si prevede che questo microrobot programmabile troverà impiego in settori all'avanguardia come la medicina di precisione, la somministrazione di farmaci in vivo e la microchirurgia, migliorando notevolmente l'efficienza e l'accuratezza delle cure mediche.

Processo di progettazione della copertina

1. L'obiettivo principale del design di copertina è mostrare la capacità di deformazione dei robot microscopici in configurazione elettronica. Evidenziando i cambiamenti strutturali di questi microrobot a diverse scale, il design trasmette la capacità di deformazione dei robot dal livello nanometrico a quello submillimetrico menzionata nell'articolo. La combinazione di colori principale è oro e arancione, spesso associati alla tecnologia, al futuristico e all'energia. L'effetto sfumato di oro e arancione migliora l'impatto visivo, evidenziando al contempo il senso tridimensionale e dinamico della struttura. Lo sfondo utilizza una tonalità più scura per evidenziare la struttura luminosa del robot in primo piano.
2. Lo stile del design tende a combinare tecnologia futuristica e astrazione, e la sensazione generale è molto moderna e high-tech. La struttura microscopica del robot sulla copertina è rappresentata in una forma geometrica tridimensionale, e la stratificazione visiva è esaltata da effetti di luce e ombra. La copertina utilizza anche un motivo di sfondo a griglia, che implica il concetto di digitalizzazione e realtà virtuale. La struttura microscopica del robot sulla copertina è realizzata attraverso una complessa modellazione geometrica, mostrando una forma delicata e futuristica. La struttura del robot presenta un design simile al kirigami, suggerendo la sua natura deformabile. La modellazione è ricca di dettagli e la riflessione della superficie e l'elaborazione delle ombre sono delicate, il che esalta la sensazione di tridimensionalità e realismo.
3. La copertina ha trasmesso con successo la capacità dei robot microscopici di trasformarsi tramite configurazione elettronica attraverso un design futuristico e tecnologico, attirando l'attenzione dei lettori e riflettendo al contempo la tecnologia all'avanguardia e l'innovazione in questo campo. Alla fine, la copertina ha ricevuto un grande riconoscimento da insegnanti e redattori di riviste ed è stata pubblicata con successo!