『Тема номера』От нанометров до субмиллиметров: трансформация микророботов!

Том 24 Выпуск 1, январь 2025 г.

Цинкун Лю, Вэй Ван, Химани Синхмар, Итай Гриниасти, Джейсон З. Ким, Джейкоб Т. Пелстер, Парагкумар Чаудхари, Майкл Ф. Рейнольдс, Майкл К. Цао, Дэвид А. Мюллер, Алисса Б. Апсель, Николас Л. Эбботт, Хадас Кресс-Газит, Пол Л. МакЮэн и Итай Коэн

Обложка этого выпуска Природные материалы является "Электронно-конфигурируемые микроскопические металистовые роботы" опубликовано Профессор Итай Коэн Корнелльского университета и Доцент Лю Цинкунь Шанхайского университета Цзяо Тонг.

Предыстория исследования

В области микробиологии изменение формы необходимо для движения крошечных организмов. Однако достижение такого изменения формы у субмиллиметровых роботов всегда было технической проблемой. Это в основном связано с тем, что по мере уменьшения размера различные препятствия, связанные с миниатюризацией (такие как сложность производства, конструкция приводного механизма и т. д.), становятся особенно заметными. Поэтому разработка роботов, которые могут достичь изменения формы в микромасштабе, имеет большое значение для содействия развитию технологии микроробототехники.

Значимость исследования

Это исследование успешно продемонстрировало микроскопических электронных программируемых деформируемых металистовых роботов, преодолев проблемы, вызванные миниатюризацией. Эти роботы используют структуру киригами пяти порядков величины от 10-нанометровых электрохимически управляемых шарниров до 100-микрометровых разворачивающихся панелей для достижения локального расширения. Эти панели организованы в элементарные ячейки, которые могут расширяться и сжиматься на 40%, создавая метаповерхность с более чем 200 шарнирами и независимыми электронно-управляемыми областями в пределах робота размером около 1 мм. Такая конструкция позволяет роботу переключаться между различными целевыми геометриями с уникальными распределениями кривизны. Благодаря электронному управлению независимыми областями и предварительной установке фазовых задержек это исследование также достигло походки движения робота.

Этот результат исследования не только демонстрирует осуществимость морфологических изменений в микроскопическом масштабе, но и открывает новый путь для разработки микроскопических, непрерывных, совместимых и программируемых роботов. Это не только крупный прорыв в области робототехники, но и обеспечивает теоретическую основу и техническую поддержку для широкого спектра приложений, таких как реконфигурируемые микромашины, настраиваемые оптические метаповерхности и микробиомедицинские устройства.

Перспективы исследований

Ожидается, что этот результат исследования будет способствовать разработке ряда инновационных приложений. В области реконфигурируемых микромашин эта микроскопическая технология морфологических изменений может быть использована для производства микромашин, которые могут автоматически корректировать свои формы в соответствии с изменениями окружающей среды или требованиями задачи. В области настраиваемых оптических метаповерхностей, путем динамической корректировки морфологии метаповерхности, может быть достигнута точная манипуляция светом, что принесет революционные изменения в такие области, как оптическая связь, визуализация и зондирование. Кроме того, в области биомедицины этот микропрограммируемый робот, как ожидается, будет использоваться в передовых областях, таких как точная медицина, доставка лекарств in vivo и микрохирургия, что значительно повысит эффективность и точность медицины.

Процесс разработки дизайна обложки

1. Основное внимание в дизайне обложки уделяется демонстрации способности к деформации микроскопических роботов в электронной конфигурации. Подчеркивая структурные изменения этих микророботов в разных масштабах, дизайн передает способность к деформации роботов от нанометрового уровня до субмиллиметрового уровня, упомянутого в статье. Основная цветовая схема — золотой и оранжевый, которые часто ассоциируются с технологиями, футуристическими и энергичными. Градиентный эффект золота и оранжевого усиливает визуальное воздействие, а также подчеркивает трехмерное и динамическое ощущение структуры. Фон использует более темный тон, чтобы выделить яркую структуру робота на переднем плане.
2. Стиль дизайна имеет тенденцию сочетать футуристические технологии с абстракцией, и общее ощущение очень современное и высокотехнологичное. Микроскопическая структура робота на обложке отображается в трехмерной геометрической форме, а визуальное наслоение усиливается эффектами света и тени. На обложке также используется сетчатый фоновый рисунок, который подразумевает концепцию цифровизации и виртуальной реальности. Микроскопическая структура робота на обложке реализована посредством сложного геометрического моделирования, демонстрируя тонкую и футуристическую форму. Структура робота представляет собой дизайн, похожий на киригами, что предполагает его деформируемую природу. Моделирование богато деталями, а поверхностное отражение и обработка тени являются тонкими, что усиливает трехмерное и реальное чувство.
3. Обложка успешно передала способность микроскопических роботов трансформироваться под электронной конфигурацией посредством футуристического и технологического дизайна, привлекая внимание читателей, а также отражая передовые технологии и инновации в этой области. В конце концов, обложка получила высокую оценку учителей и редакторов журналов и была успешно опубликована!