Robots pliables nanométriques

Un robot nanométrique entièrement fonctionnel nécessite des circuits électroniques, du photovoltaïque, des capteurs et des antennes. Mais si le robot doit bouger, il doit pouvoir se plier. Les chercheurs ont créé des actionneurs à mémoire de forme de la taille d'un micron qui permettent à des matériaux bidimensionnels atomiquement minces de se plier en configurations 3D. Tout ce dont ils ont besoin est une secousse rapide de tension. Et une fois que le matériau est plié, il conserve sa forme même après la suppression de la tension.

Imaginez un million de robots microscopiques fabriqués sortant d'une plaquette qui se replient en forme, rampent librement et accomplissent leurs tâches, même en s'assemblant dans des structures plus compliquées. L'actionneur à mémoire de forme des robots peut entraîner une tension et maintenir une forme courbée.

Les actionneurs peuvent se plier avec un rayon de courbure inférieur à un micron - les courbures les plus élevées de tout actionneur commandé en tension d'un ordre de grandeur. Cette flexibilité est importante car l'un des principes de base de la fabrication de robots microscopiques est que la taille du robot est déterminée par la taille des différents appendices pouvant être pliés. Plus les virages sont serrés, plus les plis sont petits et plus l'empreinte de chaque machine est petite. Il est également important que ces virages puissent être maintenus par le robot, ce qui minimise la consommation d'énergie, une caractéristique particulièrement avantageuse pour les robots et les machines microscopiques.

Les dispositifs sont constitués d'une fine couche nanométrique de platine coiffée d'un film de titane ou de dioxyde de titane. Plusieurs panneaux rigides de verre de dioxyde de silicium reposent sur ces couches. Lorsqu'une tension positive est appliquée aux actionneurs, des atomes d'oxygène sont entraînés dans le platine et échangent leurs places avec des atomes de platine. Ce processus, appelé oxydation, fait que le platine se dilate d'un côté dans les coutures entre les panneaux de verre inerte, ce qui plie la structure dans sa forme prédéfinie. Les machines peuvent conserver cette forme même après la suppression de la tension, car les atomes d'oxygène intégrés se regroupent pour former une barrière, ce qui les empêche de se diffuser.

En appliquant une tension négative à l'appareil, les chercheurs peuvent éliminer les atomes d'oxygène et restaurer rapidement le platine à son état d'origine. Et en faisant varier le motif des panneaux de verre - et si le platine est exposé en haut ou en bas - ils peuvent créer une gamme de structures en origami actionnées par des plis de montagne et de vallée.

Les minuscules couches ont une épaisseur d'environ 30 atomes, par rapport à une feuille de papier qui pourrait avoir 100 000 atomes d'épaisseur. Les machines se replient en 100 millisecondes. Ils peuvent également s'aplatir et se replier des milliers de fois. Et ils n'ont besoin que d'un seul volt pour être alimentés.

L'équipe travaille actuellement à intégrer les actionneurs à mémoire de forme avec des circuits pour fabriquer des robots marcheurs avec des jambes pliables ainsi que des robots en forme de feuille qui se déplacent en ondulant vers l'avant. Ces innovations pourraient un jour déboucher sur des nanorobots capables de nettoyer les infections bactériennes des tissus humains, des micro-usines capables de transformer la fabrication et des instruments chirurgicaux robotisés dix fois plus petits que les appareils actuels.