Ilmuwan hampir saja menciptakan robot nano. Ada bahan untuk ini: nanopartikel, nanotube, graphene, berbagai protein. Semuanya sangat rapuh - untuk mempelajarinya, diperlukan mikroskop baru yang lebih canggih yang tidak merusak perangkat selama proses penelitian.
Nanorobots dapat berguna di banyak bidang kehidupan manusia, terutama dalam pengobatan. Bayangkan perangkat pintar kecil yang diam-diam bekerja di dalam diri kita, mengontrol berbagai parameter, mengirimkan data secara real time langsung ke smartphone dokter. Robot semacam itu harus terbuat dari bahan biokompatibel yang tidak ditolak oleh tubuh, ia juga membutuhkan sumber daya dan memori.
Baterai tidak akan membantu di sini, karena meningkatkan ukuran perangkat, dan tidak mudah menemukan bahan yang biokompatibel untuknya. Masalahnya diselesaikan dengan bantuan piezoelektrik - bahan yang menghasilkan energi ketika diterapkan secara mekanis, seperti kompresi. Ada juga efek sebaliknya - sebagai respons terhadap aksi medan listrik, struktur yang terbuat dari bahan piezoelektrik berubah bentuk.
Nanorobot piezoelektrik yang biokompatibel dapat diluncurkan ke pembuluh darah, dan mereka mengubah denyutnya menjadi listrik. Pilihan lainnya adalah memberi daya perangkat dengan menggerakkan sendi dan otot. Tapi kemudian robot nano tidak akan dapat bertindak secara konstan, tidak seperti yang ada di kapal.
Bagaimanapun, untuk robot nano, perlu untuk memilih bahan yang sesuai dan menentukan dengan tepat berapa banyak tekanan yang harus diterapkan ke perangkat untuk menghasilkan impuls listrik di dalamnya.
Hubungan Atom
Gambar tiga dimensi dari suatu objek atau permukaan pada skala nano diperoleh dengan menggunakan mikroskop gaya atom. Ia bekerja sebagai berikut: atom dalam zat apa pun berinteraksi satu sama lain, dan dengan cara berbeda, tergantung pada jarak. Pada jarak yang jauh, mereka menarik, tetapi saat mereka mendekat, kulit elektron dari atom saling tolak.
Video promosi:
“Jarum probe dengan ujung berdiameter 1-30 nanometer mendekati permukaan sampel. Begitu ia berada cukup dekat, atom probe dan objek yang diteliti akan mulai menolak. Akibatnya, lengan elastis tempat jarum dipasang akan menekuk,”kata Arseniy Kalinin, pengembang utama di Instrumen Spektrum NT-MDT.
Jarum bergerak di sepanjang permukaan, dan perbedaan ketinggian apa pun mengubah lengkungan konsol, yang direkam oleh sistem optik ultra-presisi. Saat probe melewati permukaan, perangkat lunak mencatat seluruh relief dan membangun model 3D darinya. Hasilnya, gambar terbentuk di layar komputer, yang dapat dianalisis: mengukur kekasaran sampel secara keseluruhan, parameter objek di permukaan. Selain itu, ini dilakukan di lingkungan alami untuk sampel - cairan, vakum, pada suhu yang berbeda. Resolusi horizontal mikroskop hanya dibatasi oleh diameter ujung probe, sedangkan akurasi vertikal instrumen yang baik adalah puluhan pikometer, yang lebih kecil dari ukuran atom.
Jarum mikroskop gaya atom menyelidiki sampel / ITMO University Press Service.
Selama 30 tahun pengembangan mikroskop gaya atom, para ilmuwan telah belajar untuk menentukan tidak hanya relief permukaan sampel, tetapi juga sifat material: mekanik, listrik, magnet, piezoelektrik. Dan semua parameter ini dapat diukur dengan akurasi tertinggi. Ini telah memberikan kontribusi besar bagi kemajuan ilmu material, nanoteknologi, dan bioteknologi.
Ahli biologi juga berbisnis
Pengukuran parameter piezoelektrik adalah fitur unik dari mikroskop gaya atom. Untuk waktu yang lama, itu hanya digunakan untuk studi piezoelektrik solid-state. Faktanya adalah bahwa objek biologis cukup lunak; ujung probe mudah merusaknya. Seperti bajak, ia membajak permukaan, menggeser dan mengubah bentuk sampel.
Baru-baru ini, fisikawan dari Rusia dan Portugal menemukan cara membuat jarum mikroskop berkekuatan atom yang tidak akan merusak sampel biologis. Mereka mengembangkan algoritme yang menurutnya probe, ketika bergerak dari satu titik ke titik lainnya, cukup menjauh dari permukaan agar tidak berinteraksi dengannya dengan cara apa pun. Kemudian dia menyentuh topik yang diteliti dan bangkit kembali, menuju ke poin berikutnya. Tentu saja, jarum masih bisa menekan sedikit di permukaan, tetapi ini adalah interaksi elastis, setelah itu sebuah benda, baik itu molekul protein atau sel, dengan mudah dipulihkan. Selain itu, gaya tekanan dikendalikan oleh program khusus. Teknologi ini memungkinkan untuk mempelajari struktur piezoelektrik yang biokompatibel tanpa merusaknya.
“Metode baru ini dapat diterapkan pada semua mikroskop gaya atom, asalkan ada elektronik berkecepatan tinggi yang dirancang khusus yang memproses respons piezoelektrik dari konsol dan perangkat lunak yang mengubah data menjadi peta. Sedikit voltase diterapkan ke jarum. Medan listrik bekerja pada sampel, dan probe membaca respons mekanisnya. Umpan baliknya serupa, jadi kita bisa mencari cara bagaimana memencet sebuah benda agar merespons dengan sinyal listrik yang diinginkan. Ini memberi peneliti alat untuk mencari dan mempelajari sumber makanan baru yang biokompatibel,”jelas Kalinin.
