Forskere har kommet nær å lage nanoroboter. Det er materialer for dette: nanopartikler, nanorør, grafen, forskjellige proteiner. Alle av dem er veldig skjøre - for å studere dem er det behov for nye, mer avanserte mikroskop som ikke skader enheten under forskningsprosessen.
Nanorobots kan være nyttige på mange områder i menneskelivet, først og fremst innen medisin. Se for deg bittesmå smarte enheter som stille fungerer i oss, kontrollerer forskjellige parametere og overfører data i sanntid direkte til legens smarttelefon. En slik robot må være laget av et biokompatibelt materiale som ikke blir avvist av kroppen, den trenger også en strømkilde og minne.
Batteriet hjelper ikke her, siden det øker størrelsen på enheten, og det er ikke lett å finne et biokompatibelt materiale til det. Problemet løses ved hjelp av piezoelektrikk - materialer som genererer energi når de brukes mekanisk på dem, for eksempel kompresjon. Det er også den motsatte effekten - som svar på virkningen av et elektrisk felt, endrer strukturer laget av piezoelektriske materialer form.
Biokompatible piezoelektriske nanoroboter kan lanseres i blodkar, og de omdanner sin pulsering til elektrisitet. Et annet alternativ er å drive enhetene ved å bevege ledd og muskler. Men da vil ikke nanorobots kunne handle konstant, i motsetning til de som er i fartøyene.
I alle fall for nanorobots er det nødvendig å velge egnede materialer og bestemme nøyaktig hvor mye trykk som må påføres enheten for å generere en elektrisk impuls i den.
Atomforhold
Et tredimensjonalt bilde av en gjenstand eller overflate ved nanoskalaen oppnås ved bruk av et atomkraftmikroskop. Det fungerer som følger: atomer i ethvert stoff interagerer med hverandre, og på forskjellige måter, avhengig av avstand. På store avstander tiltrekker de seg, men når de nærmer seg, frastøtter atomenes elektronskall hverandre.
Salgsfremmende video:
“En sonde med en spiss på 1-30 nanometer i diameter nærmer seg prøveoverflaten. Så snart den kommer nær nok, vil sonden og gjenstanden som studeres atomer begynne å avvise. Som et resultat vil den elastiske armen, som nålen er festet til, bøyes, sier Arseniy Kalinin, hovedutvikler hos NT-MDT Spectrum Instruments.
Nålen beveger seg langs overflaten, og eventuelle høydeforskjeller endrer svingen på konsollen, som er registrert av et ultra-presist optisk system. Når sonden passerer over overflaten, registrerer programvaren hele lettelsen og bygger en 3D-modell av den. Som et resultat dannes et bilde på dataskjermen, som kan analyseres: for å måle prøvenes totale ruhet, parametrene til objekter på overflaten. Videre gjøres dette i et naturlig miljø for prøvene - væske, vakuum, ved forskjellige temperaturer. Den horisontale oppløsningen av mikroskopet er bare begrenset av diameteren på spissen av sonden, mens den vertikale nøyaktigheten til gode instrumenter er titalls pikometre, noe som er mindre enn størrelsen på et atom.
Nålen til et atomkraftmikroskop sonderer prøven / ITMO University Press Service.
I 30 år med utvikling av atomkraftmikroskopi har forskere lært å bestemme ikke bare overflatelindring av prøven, men også egenskapene til materialet: mekanisk, elektrisk, magnetisk, piezoelektrisk. Og alle disse parametrene kan måles med høyeste nøyaktighet. Dette har bidratt sterkt til fremdriften innen materialvitenskap, nanoteknologi og bioteknologi.
Biologer er i virksomhet også
Måling av piezoelektriske parametere er et unikt trekk ved et atomkraftmikroskop. I lang tid ble den bare brukt til undersøkelse av faststoff-piezoelektrikk. Fakta er at biologiske gjenstander er ganske myke, og spetsens spede skader dem lett. Som en plog pløyer den overflaten, fortrenger og deformerer prøven.
Nylig har fysikere fra Russland og Portugal funnet ut hvordan man lager en atomkraftmikroskopnål som ikke skader en biologisk prøve. De utviklet en algoritme som sonden, når den beveger seg fra et punkt til et annet, beveger seg vekk fra overflaten akkurat nok til ikke å samhandle med den på noen måte. Så berører han emnet som studeres og reiser seg igjen, og tar kurs til neste punkt. Selvfølgelig kan nålen fortsatt trykke litt på overflaten, men dette er en elastisk interaksjon, hvoretter en gjenstand, det være seg et proteinmolekyl eller en celle, lett gjenopprettes. I tillegg styres trykkraften av et spesielt program. Denne teknologien gjør det mulig å studere en biokompatibel piezoelektrisk struktur uten å skade den.
Den nye metoden kan brukes på et hvilket som helst atomkraftmikroskop, forutsatt at det er spesialdesignet høyhastighetselektronikk som behandler den piezoelektriske responsen fra konsollen og programvaren som konverterer dataene til et kart. En liten spenning påføres nålen. Det elektriske feltet virker på prøven, og sonden leser den mekaniske responsen. Tilbakemeldingene er like, så vi kan finne ut hvordan vi skal klemme en gjenstand slik at den svarer med ønsket elektrisk signal. Dette gir forskeren et verktøy for å søke og studere nye biokompatible matkilder, forklarer Kalinin.
