Robots plegables nanométricos

Un robot nanométrico completamente funcional requiere circuitos electrónicos, energía fotovoltaica, sensores y antenas. Pero si el robot necesita moverse, debe poder doblarse. Los investigadores han creado actuadores con memoria de forma del tamaño de una micra que permiten que materiales bidimensionales atómicamente delgados se plieguen en configuraciones 3D. Todo lo que requieren es una sacudida rápida de voltaje. Y una vez que el material se dobla, mantiene su forma incluso después de quitar el voltaje.

Imagine un millón de robots microscópicos fabricados que se liberan de una oblea que se dobla en forma, se arrastran libremente y realizan sus tareas, incluso ensamblando estructuras más complicadas. El actuador de memoria de forma de los robots puede funcionar con voltaje y mantener una forma doblada.

Los actuadores pueden doblarse con un radio de curvatura menor que una micra, las curvaturas más altas de cualquier actuador impulsado por voltaje por un orden de magnitud. Esta flexibilidad es importante porque uno de los principios básicos de la fabricación de robots microscópicos es que el tamaño del robot está determinado por qué tan pequeños se pueden doblar los diversos apéndices. Cuanto más cerradas sean las curvas, más pequeños serán los pliegues y más pequeña será la huella de cada máquina. También es importante que el robot pueda sostener estas curvas, lo que minimiza el consumo de energía, una característica especialmente ventajosa para máquinas y robots microscópicos.

Los dispositivos consisten en una capa de platino del grosor de un nanómetro cubierta con una película de titanio o dióxido de titanio. Varios paneles rígidos de vidrio de dióxido de silicio se asientan sobre esas capas. Cuando se aplica un voltaje positivo a los actuadores, los átomos de oxígeno se introducen en el platino y se intercambian con los átomos de platino. Este proceso, llamado oxidación, hace que el platino se expanda por un lado en las costuras entre los paneles de vidrio inerte, lo que dobla la estructura en su forma predeterminada. Las máquinas pueden mantener esa forma incluso después de que se elimine el voltaje porque los átomos de oxígeno incorporados se agrupan para formar una barrera, lo que evita que se difundan.

Al aplicar un voltaje negativo al dispositivo, los investigadores pueden eliminar los átomos de oxígeno y restaurar rápidamente el platino a su estado original. Y al variar el patrón de los paneles de vidrio, y si el platino está expuesto en la parte superior o inferior, pueden crear una variedad de estructuras de origami activadas por pliegues de montañas y valles.

Las diminutas capas tienen un grosor de unos 30 átomos, en comparación con una hoja de papel que podría tener un grosor de 100.000 átomos. Las máquinas se pliegan en 100 milisegundos. También pueden aplanarse y replegarse miles de veces. Y solo necesitan un solo voltio para encenderse.

El equipo está trabajando actualmente para integrar los actuadores con memoria de forma con circuitos para hacer robots andantes con patas plegables, así como robots con forma de hoja que se muevan ondulando hacia adelante. Estas innovaciones pueden conducir algún día a nanorobots que puedan limpiar infecciones bacterianas del tejido humano, microfábricas que puedan transformar la fabricación e instrumentos quirúrgicos robóticos que sean diez veces más pequeños que los dispositivos actuales.