上海理工科研團(tuán)隊發(fā)明世界首個傳統(tǒng)機械式納米機器人
近日，上海理工大學(xué)光電學(xué)院莊松林院士帶領(lǐng)下的谷付星教授課題組，發(fā)明了一種基于光熱沖擊效應(yīng)的激光捕獲技術(shù)，稱為光熱沖鑷（Photothermal-Shock Tweezers），實現(xiàn)了固體界面上對微納物體的捕獲及任意操控，并探索了其納米機器人應(yīng)用。相關(guān)成果“通過光熱沖擊在干固體接觸條件下產(chǎn)生強大推力的自主納米機器人”（Autonomous nanorobots with powerful thrust under dry solid-contact conditions by photothermal shock）于11月24日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。團(tuán)隊成員博士生顧兆麒、朱潤琳和沈天賜為共同第一作者，谷付星教授為通訊作者，其他單位的合作者包括河北工業(yè)大學(xué)劉旭教授及美國奧本大學(xué)劉嘉教授，莊松林院士全程指導(dǎo)該研究。研究工作得到了國家及上海自然科學(xué)基金的資助。該技術(shù)有望在納米制造、生物醫(yī)學(xué)、航空航天及軍事等各個領(lǐng)域發(fā)掘出前所未有的應(yīng)用場景。 %b.UPS@I
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光熱沖鑷系統(tǒng)可以無縫繼承宏觀世界中的機器人技術(shù)，在微觀世界中實現(xiàn)智能機器人工作的場景。團(tuán)隊使用一個金屬納米片，結(jié)合圖像識別、深度學(xué)習(xí)、路徑規(guī)劃、及反饋控制等技術(shù)，實現(xiàn)了世界上第一個具有清潔功能的自主納米機器人。通過識別所選取區(qū)域的清潔程度，機器人將重復(fù)清掃循環(huán)，直至達(dá)到滿意的清潔度。 $S*4r&8ZD
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據(jù)了解，激光捕獲(Trapping)是納米世界操控物體運動的強大工具，因其在真空和液體等懸浮介質(zhì)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用而榮獲1997年和2018年諾貝爾物理學(xué)獎，但在固體接觸表面上仍然具有挑戰(zhàn)性。研究人員使用脈沖光源加熱微納物體，被吸收的光脈沖能量瞬間轉(zhuǎn)化為機械膨脹，在物體內(nèi)部產(chǎn)生極大的瞬時載荷，稱為光熱沖擊（Photothermal Shock）。該瞬間沖擊效應(yīng)產(chǎn)生的作用力遠(yuǎn)超普通振動模式，就像蛇類捕食瞬間猛撲速度遠(yuǎn)超一般爬行速度，因此可以打破微納阻力困境，實現(xiàn)在固體界面上的移動。 S/vf'gj
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沖量-動量定理原理圖，插圖展示了蛇類猛撲和一般爬行的視覺對比 [ //R
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