Baru-baru ini, kumpulan Prof. Gu Fuxing di bawah pimpinan ahli akademik Zhuang Songlin di Sekolah Optoelektronik Universiti China telah mencipta teknologi penangkapan laser berdasarkan kesan kejutan fototerma, yang dipanggil Photothermal-Shock Tweezers, yang merealisasikan penangkapan dan manipulasi sewenang-wenangnya. objek mikro dan nano pada antara muka pepejal dan meneroka aplikasi robot nanonya. Nanorobots autonomi dengan tujahan kuat di bawah keadaan sentuhan pepejal kering oleh kejutan fototerma" telah diterbitkan pada 11 November 2012, dan hasilnya diterbitkan dalam jurnal "Nanorobots Autonomi dengan Teras Kuat di bawah Keadaan Sentuhan Pepejal Kering oleh Kejutan Fototerma". dengan tujahan yang kuat di bawah keadaan sentuhan pepejal kering oleh kejutan fototerma" diterbitkan pada 24 November dalam Nature Communications. Dr. Gu Zhaoqi, Zhu Runlin dan Shen Tianci adalah pengarang bersama, dan Prof. Gu Fuxing ialah pengarang yang sepadan, manakala rakan usaha sama lain termasuk Prof. Liu Xu dari Universiti Teknologi Hebei dan Prof. Liu Jia dari Auburn University, dan Academician Zhuang Songlin menyelia keseluruhan penyelidikan. Penyelidikan itu disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China dan Shanghai. Teknologi itu dijangka meneroka aplikasi yang belum pernah berlaku sebelum ini dalam pelbagai bidang seperti pembuatan nano, bioperubatan, aeroangkasa dan ketenteraan.
Sistem pinset impuls fototerma boleh mewarisi robotik dengan lancar dalam dunia makroskopik dan merealisasikan senario kerja robotik pintar dalam dunia mikroskopik. Pasukan ini menggunakan helaian nano logam, digabungkan dengan pengecaman imej, pembelajaran mendalam, perancangan laluan dan kawalan maklum balas untuk merealisasikan nanorobot autonomi pertama di dunia dengan fungsi pembersihan. Dengan mengiktiraf kebersihan kawasan yang dipilih, robot akan mengulangi kitaran pembersihan sehingga mencapai tahap kebersihan yang memuaskan.
Perangkap laser (perangkap) difahamkan sebagai alat yang berkuasa untuk memanipulasi gerakan objek di dunia nano, setelah memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik 1997 dan 2018 untuk pelbagai aplikasinya dalam persekitaran dengan media terampai, seperti vakum dan cecair, tetapi ia tetap mencabar pada permukaan sentuhan pepejal. Para penyelidik menggunakan sumber cahaya berdenyut untuk memanaskan objek mikro dan nano, dan tenaga yang diserap nadi cahaya ditukar serta-merta kepada pengembangan mekanikal, menghasilkan beban serta-merta yang sangat besar di dalam objek, dipanggil Kejutan Fototerma (PS). Kesan kejutan serta-merta menghasilkan daya yang jauh melebihi mod getaran biasa, sama seperti kelajuan lunge serta-merta ular yang memberi makan jauh melebihi kelajuan merangkak biasa, jadi ia boleh memecahkan kesusahan rintangan mikro-nano dan merealisasikan pergerakan pada antara muka pepejal .
Gambarajah skematik teorem impuls-momentum, menggambarkan perbandingan visual antara lunge ular dan merangkak biasa.
Sifat memerangkap adalah di tengah-tengah teknologi manipulasi laser, kerana ia membolehkan pergerakan zarah dikuasai oleh kedudukan spot, membolehkan kawalan gerakan sewenang-wenangnya, dan bukannya berhenti hanya kerana kekurangan pengaktifan terkawal. Wayar nano emas dalam nadi nanosaat 532nm tindakan spot jenis Gaussian, akan bergerak ke bahagian dalam tempat, sehingga pusat wayar nano dan pusat titik sejajar dengan pusat tempat, yang merupakan proses penangkapan biasa . Melalui analisis teori, para penyelidik menemui sumber fizikal daya penggerak kejutan fototerma, yang dipanggil daya kecerunan fototerma kerana ungkapan itu termasuk kecerunan suhu. Apabila mengalihkan tempat itu, keseimbangan taburan daya kecerunan fototerma rosak, dan wayar nano bergerak semula ke arah pusat tempat itu, dan dengan mengulangi proses sepanjang masa, wayar nano bergerak secara paksi sepanjang jalan dengan tempat itu. Di samping itu, untuk wayar nano yang ditangkap di tengah tempat, meningkatkan kuasa laser akan menyebabkan hujung wayar nano terhimpit oleh daya kecerunan fototerma yang lebih besar dan bengkok ke sisi, sekali gus merealisasikan pergerakan sisi. Ini membolehkan pergerakan sewenang-wenangnya wayar nano dalam satah dua dimensi. Rajah di bawah menunjukkan penggunaan beberapa wayar nano oleh pasukan untuk membentuk aksara Cina "冲" dan perkataan Inggeris "SHOCK".
Pinset impuls fototerma memanipulasi wayar nano
Menggunakan kepingan nano paladium sebagai casis, para penyelidik membina nanorobot yang lebih kompleks dan serba boleh, digelar HOUbot kerana persamaannya dengan ketam ladam Cina (Rajah 4a dan video). Robot itu boleh bergerak bebas seperti kereta, dan melakukan tahap kebebasan yang lebih tinggi dan pergerakan halus seperti menolak kepala, menghayun ekor bebas dan mencucuk. Robot ini dilengkapi dengan wayar nano semikonduktor yang boleh digunakan untuk pengesanan lembapan in situ. Oleh kerana permukaannya yang agak besar, robot itu sangat boleh dimuatkan, dengan muatan teori mengikut susunan miligram (bersamaan dengan jisim semut). Dengan mengguna pakai reka bentuk makro-mekanikal sedia ada untuk melengkapkan komponen atau kargo on-board tambahan, HOUbot boleh berfungsi seperti robot makro dan merupakan robot nano pertama di dunia yang boleh melaksanakan tugas tertentu menggunakan cara mekanikal tradisional.
Skema yang berkaitan
Penciptaan pinset fototerma telah membolehkan manipulasi laser menembusi dilema rintangan antara muka, melengkapkan persekitaran aplikasi manipulasi cahaya dan membolehkan laser akhirnya merealisasikan keupayaan untuk memanipulasi objek secara sewenang-wenangnya dalam persekitaran mikro-nano yang setanding dengan tiga dunia tanah, laut, dan udara (vakum/gas, cecair, dan pepejal). Secara fizikal, tumpuan adalah pada dinamik termoelastik sementara dan tribologi, terutamanya kajian tidak merosakkan, yang seterusnya mendedahkan pemahaman proses mekano-dinamik dalam alam mikroskopik. Teknologi ini pada dasarnya boleh digunakan dalam mana-mana julat panjang gelombang dan dengan mana-mana bahan yang boleh diserap. Di samping itu, melalui modulasi cahaya spatial dan kerjasama berbilang robot, kelompok nanorobot autonomi boleh direalisasikan untuk melaksanakan tugas kompleks yang kini tidak dapat dicapai dengan cara konvensional.
