Penyelidikan Baharu Merealisasikan Pemprosesan Laser Femtosaat Bagi Mesin Mikro Berbilang Sendi

Pasukan Wu Dong, seorang profesor di Makmal Kejuruteraan Mikro dan Nano Universiti Sains dan Teknologi China (USTC), mencadangkan strategi pemprosesan laser femtosaat 2-dalam-1 penulisan pelbagai bahan kepada fabrikasi sambungan mikro-mekanikal yang terdiri daripada hidrogel sensitif suhu dan zarah nano logam, dan seterusnya membangunkan mesin mikro humanoid berbilang sendi dengan pelbagai mod ubah bentuk (>10). Hasil penyelidikan yang berkaitan telah diterbitkan dalam Nature Communications.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, teknologi pempolimeran dua foton laser femtosecond telah digunakan secara meluas untuk membuat struktur mikro dengan pelbagai fungsi sebagai kaedah pemprosesan tiga dimensi sebenar dengan ketepatan nanometer. Mikrostruktur ini menunjukkan aplikasi yang menjanjikan dalam bidang mikro dan nano-optik, mikrosensor dan sistem mesin mikro. Walau bagaimanapun, ia masih mencabar untuk merealisasikan pemprosesan berbilang bahan komposit dengan laser femtosaat dan seterusnya membina mesin mikro-nano dengan pelbagai mod.
Strategi pemprosesan dua dalam satu laser femtosecond termasuk pembinaan sambungan hidrogel menggunakan pempolimeran dua foton asimetri dan pemendapan pengurangan laser nanopartikel perak di kawasan setempat sendi. Khususnya, fotopolimerisasi asimetri mencipta anisotropi dalam ketumpatan pautan silang di kawasan tempatan sambungan mikro hidrogel, yang akhirnya membolehkan ubah bentuk lenturan yang boleh dikawal secara arah dan sudut. Pemendapan reduktif laser in situ membolehkan pemprosesan tepat nanopartikel perak pada sendi hidrogel. Nanopartikel perak ini mempunyai kesan penukaran fototerma yang kuat, membolehkan penukaran mod mesin mikro berbilang sendi mempamerkan masa tindak balas ultra-pendek (30 ms) dan kuasa pemanduan ultra-rendah (<10 mW).
Sebagai contoh biasa, lapan sambungan mikro telah disepadukan pada mesin mikro humanoid. Para penyelidik kemudian menggunakan modulasi cahaya spatial untuk mencapai rasuk multifokal dalam ruang 3D, yang seterusnya merangsang setiap sambungan mikro dengan tepat. Ubah bentuk sinergistik antara berbilang sendi mendorong mesin mikro humanoid untuk melakukan berbilang mod ubah bentuk yang boleh dikonfigurasikan semula. Akhirnya, mesin mikro humanoid "menari" pada skala mikrometer.
Dalam konsep pembuktian, dengan mereka bentuk arah pengedaran dan ubah bentuk sendi mikro, mikromanipulator dua sendi boleh mengumpul pelbagai zarah mikro dalam arah yang sama dan berbeza. Ringkasnya, strategi pemprosesan dua dalam satu laser femtosecond boleh membina sendi mikro boleh ubah bentuk di rantau tempatan pelbagai struktur mikro 3D, merealisasikan pelbagai mod ubah bentuk yang boleh dikonfigurasikan semula.
Menurut penyelidik, mikromanipulator dengan pelbagai mod ubah bentuk akan menunjukkan aplikasi yang menjanjikan dalam koleksi barang mikro, manipulasi mikrobendalir dan manipulasi sel.