Robot Lipat Berukuran Nano

Robot berukuran nano yang berfungsi penuh membutuhkan sirkuit elektronik, fotovoltaik, sensor, dan antena. Tapi jika robot perlu bergerak, ia harus bisa menekuk. Para peneliti telah menciptakan aktuator memori bentuk berukuran mikron yang memungkinkan bahan dua dimensi yang tipis secara atomik untuk melipat diri menjadi konfigurasi 3D. Yang mereka butuhkan hanyalah sentakan tegangan yang cepat. Dan begitu bahannya ditekuk, ia akan mempertahankan bentuknya bahkan setelah tegangan dilepas.

Bayangkan sejuta robot mikroskopis buatan yang melepaskan diri dari wafer yang melipat diri menjadi bentuk, merangkak bebas, dan melakukan tugas mereka, bahkan merakit menjadi struktur yang lebih rumit. Aktuator memori bentuk robot dapat mengemudi dengan tegangan dan menahan bentuk bengkok.

Aktuator dapat menekuk dengan jari-jari kelengkungan yang lebih kecil dari satu mikron — kelengkungan tertinggi dari setiap aktuator yang digerakkan oleh tegangan berdasarkan urutan besarnya. Fleksibilitas ini penting karena salah satu prinsip dasar pembuatan robot mikroskopis adalah ukuran robot ditentukan oleh seberapa kecil berbagai pelengkap dapat dibuat untuk dilipat. Semakin ketat tikungannya, semakin kecil lipatannya, dan semakin kecil jejaknya untuk setiap mesin. Penting juga bahwa tikungan ini dapat dipegang oleh robot, yang meminimalkan konsumsi daya — fitur yang sangat menguntungkan untuk robot dan mesin mikroskopis.

Perangkat ini terdiri dari lapisan platinum setipis nanometer yang ditutup dengan film titanium atau titanium dioksida. Beberapa panel kaku dari kaca silikon dioksida berada di atas lapisan tersebut. Ketika tegangan positif diterapkan pada aktuator, atom oksigen didorong ke platinum dan bertukar tempat dengan atom platinum. Proses ini, yang disebut oksidasi, menyebabkan platina mengembang di satu sisi dalam lapisan antara panel kaca inert, yang membengkokkan struktur ke dalam bentuk yang telah ditentukan sebelumnya. Mesin dapat menahan bentuk itu bahkan setelah tegangan dihilangkan karena atom oksigen yang tertanam berkumpul membentuk penghalang, yang mencegahnya menyebar keluar.

Dengan menerapkan tegangan negatif ke perangkat, para peneliti dapat menghilangkan atom oksigen dan dengan cepat mengembalikan platinum ke keadaan semula. Dan dengan memvariasikan pola panel kaca — dan apakah platinum terbuka di bagian atas atau bawah — mereka dapat menciptakan berbagai struktur origami yang digerakkan oleh lipatan gunung dan lembah.

Lapisan-lapisan kecil itu setebal sekitar 30 atom, dibandingkan dengan selembar kertas yang mungkin setebal 100.000 atom. Mesin melipat sendiri dalam 100 milidetik. Mereka juga dapat meratakan dan melipat ulang diri mereka sendiri ribuan kali. Dan mereka hanya membutuhkan satu volt untuk dihidupkan.

Tim saat ini bekerja untuk mengintegrasikan aktuator memori bentuk dengan sirkuit untuk membuat robot berjalan dengan kaki yang dapat dilipat serta robot seperti lembaran yang bergerak dengan bergelombang ke depan. Inovasi ini suatu hari nanti dapat mengarah pada nanorobot yang dapat membersihkan infeksi bakteri dari jaringan manusia, pabrik mikro yang dapat mengubah manufaktur, dan instrumen bedah robot yang sepuluh kali lebih kecil dari perangkat saat ini.