La plus petite maison du monde : une microstructure de 20 micromètres

À l'aide d'un microscope électronique à balayage, des scientifiques construisent la plus petite micro-maison au monde.

Longueur ~20 micromètres, construite sur une fibre optique clivée.

L'expérience était une façon ludique de démontrer la précision et la flexibilité de µRobotex.

Travailler à l'échelle nanométrique

Travailler à l'échelle nanométrique est extrêmement difficile. Cela implique matériaux complexes, techniques d'assemblage, conceptions robotiques pour développer des structures de micro-origami.

Des scientifiques de l'Institut Femto-ST (France) ont développé une nouvelle façon de travailler à cette échelle. Ils ont utilisé un microscope électronique à balayage (MEB) à double faisceau / faisceau d'ions focalisé (FIB) avec robot à 6 degrés de liberté pour fabriquer la plus petite micro-maison au monde.

Ils ont réalisé, pour la première fois, un patronnage et un assemblage avec une précision < 2 nanomètres, bénéfique pour la robotique future et les applications optiques.

Comment l'ont-ils construite ?

Ils ont combiné les composants d'nano-assemblage dans une chambre sous vide, et disposé un microscope électronique pour observer le processus. Similaire à construire un grand dé à partir d'un papier, mais avec outils et techniques sophistiqués.

Patronnage, auto-pliage et installation de la micro-maison.

Le FIB [comme ciseaux] a découpé et façonné la membrane de silice [papier] de la maison. Après pliage des murs, le système d'injection de gaz du FIB [configurations faible puissance] a fixé les arêtes de la structure.

Pour démontrer flexibilité et précision, ils ont délicatement pulvérisé un motif en tuiles sur le toit. Dans ce processus global, le système devait se concentrer sur une minuscule zone de 300×300 micromètres pour tirer des ions sur la membrane de silice.

Deux ingénieurs ont piloté le robot via plusieurs ordinateurs. Bien que certaines étapes étaient automatisées, les chercheurs espèrent automatiser complètement l'assemblage à l'avenir.

Référence : Journal of Vacuum Science & Technology | doi:10.1116/1.5020128

Pourquoi l'ont-ils fait ?

L'expérience était une façon ludique de démontrer le fonctionnement [flexibilité et précision] de µRobotex — plateforme pour caractériser et micro-assembler de minuscules structures < 10 micromètres. Objectif : fournir aux scientifiques en micro/nano-technologies des équipements avancés, compétitifs au niveau international.

Avec µRobotex, les ingénieurs peuvent construire des microstructures fonctionnalisées pour identifier des molécules particulières en plaçant leurs microstructures sur fibres optiques. Ces fibres seraient insérées dans des régions inaccessibles ou difficiles d'accès, comme vaisseaux sanguins pour détecter des molécules cibles.

Les résultats montrent qu'intégrer un micro-robot à la chambre sous vide du MEB offre les moyens d'étendre les salles blanches pour construire des microstructures 3D avec différents matériaux.

Les chercheurs proposent aussi un nouveau mécanisme pour fabriquer plusieurs types de fonctions optiques pour piéger la lumière : cristaux photoniques nano, réseaux, antennes, nanotubes de carbone, biosenseurs 3D avec origami, etc.

Actuellement, les scientifiques travaillent à améliorer le système : construire des structures encore plus petites et les fixer sur nanotubes de carbone, aussi petits que 10 nm de rayon.