『Matéria de capa』De nanômetros a submilímetros: a transformação dos microrrobôs!

Volume 24 Edição 1, Janeiro de 2025

Qingkun Liu, Wei Wang, Himani Sinhmar, Itay Griniasty, Jason Z. Kim, Jacob T. Pelster, Paragkumar Chaudhari, Michael F. Reynolds, Michael C. Cao, David A. Muller, Alyssa B. Apsel, Nicholas L. Abbott, Hadas Kress-Gazit, Paul L. McEuen e Itai Cohen

A capa desta edição da Materiais da Natureza é "Robôs de metasheet microscópicos configuráveis ​​eletronicamente" publicado por Professor Itai Cohen da Universidade Cornell e Professor Associado Liu Qingkun da Universidade Jiao Tong de Xangai.

Histórico de pesquisa

No campo da microbiologia, a transformação de forma é essencial para o movimento de organismos minúsculos. No entanto, alcançar essa mudança de forma em robôs submilimétricos sempre foi um desafio técnico. Isso ocorre principalmente porque, à medida que o tamanho diminui, vários obstáculos associados à miniaturização (como dificuldade de fabricação, projeto do mecanismo de acionamento, etc.) tornam-se particularmente proeminentes. Portanto, desenvolver robôs que possam realizar a mudança de forma em microescala é de grande importância para promover o desenvolvimento da tecnologia de microrrobótica.

Importância da pesquisa

Este estudo demonstrou com sucesso robôs metasheet deformáveis, programáveis ​​eletronicamente e microscópicos, superando os desafios trazidos pela miniaturização. Esses robôs utilizam uma estrutura kirigami de cinco ordens de magnitude, desde dobradiças eletroquímicas de 10 nanômetros até painéis desdobráveis ​​de 100 micrômetros para alcançar expansão local. Esses painéis são organizados em células unitárias que podem expandir e contrair em 40%, criando uma metassuperfície com mais de 200 dobradiças e áreas independentes acionadas eletronicamente dentro de um tamanho de robô de cerca de 1 mm. Este projeto permite que o robô alterne entre diferentes geometrias de alvo com distribuições de curvatura exclusivas. Ao acionar eletronicamente áreas independentes e predefinir atrasos de fase, este estudo também alcançou a marcha de movimento do robô.

Este resultado de pesquisa não apenas demonstra a viabilidade de mudanças morfológicas em escala microscópica, como também abre um novo caminho para o desenvolvimento de robôs microscópicos, contínuos, complacentes e programáveis. Este não é apenas um grande avanço no campo da robótica, mas também fornece uma base teórica e suporte técnico para uma ampla gama de aplicações, como micromáquinas reconfiguráveis, metassuperfícies ópticas ajustáveis ​​e microdispositivos biomédicos.

Perspectivas de Pesquisa

Espera-se que este resultado de pesquisa promova o desenvolvimento de uma série de aplicações inovadoras. No campo de micromáquinas reconfiguráveis, esta tecnologia de mudança morfológica microscópica pode ser usada para fabricar micromáquinas que podem ajustar automaticamente suas formas de acordo com mudanças ambientais ou requisitos da tarefa. No campo de metassuperfícies ópticas ajustáveis, ajustando dinamicamente a morfologia da metassuperfície, a manipulação precisa da luz pode ser alcançada, trazendo mudanças revolucionárias para campos como comunicações ópticas, imagens e sensoriamento. Além disso, no campo da biomedicina, espera-se que este micro robô programável seja usado em campos de ponta, como medicina de precisão, administração de medicamentos in vivo e microcirurgia, melhorando significativamente a eficiência e a precisão médica.

Processo de Design de Capa

1. O foco principal do design da capa é mostrar a capacidade de deformação dos robôs microscópicos sob configuração eletrônica. Ao destacar as mudanças estruturais desses microrrobôs em diferentes escalas, o design transmite a capacidade de deformação dos robôs, do nível nanométrico ao submilimétrico, mencionada no artigo. O esquema de cores principal é dourado e laranja, frequentemente associados à tecnologia, ao futurismo e à energia. O efeito gradiente de dourado e laranja aumenta o impacto visual, ao mesmo tempo que destaca a sensação tridimensional e dinâmica da estrutura. O fundo usa um tom mais escuro para destacar a estrutura brilhante do robô em primeiro plano.
2. O estilo de design tende a combinar tecnologia futurista com abstração, e a sensação geral é muito moderna e de alta tecnologia. A estrutura microscópica do robô na capa é exibida em uma forma geométrica tridimensional, e a sobreposição visual é aprimorada por efeitos de luz e sombra. A capa também utiliza um padrão de fundo em forma de grade, o que sugere o conceito de digitalização e realidade virtual. A estrutura microscópica do robô na capa é realizada por meio de modelagem geométrica complexa, exibindo uma forma delicada e futurista. A estrutura do robô apresenta um design semelhante ao de um kirigami, sugerindo sua natureza deformável. A modelagem é rica em detalhes, e o reflexo da superfície e o processamento de sombras são delicados, o que aprimora a sensação tridimensional e real.
3. A capa transmitiu com sucesso a capacidade de robôs microscópicos se transformarem sob configuração eletrônica por meio de um design futurista e tecnológico, atraindo a atenção dos leitores e, ao mesmo tempo, refletindo a tecnologia de ponta e a inovação na área. No final, a capa foi altamente reconhecida por professores e editores de periódicos e publicada com sucesso!