미세 입자의 전류

미세 출현 행동으로 알려진 현상을 이용하여 MIT 엔지니어는 개미 식민지 건설 터널이나 음식 채집과 같은 정교한 활동을 집합적으로 생성할 수 있는 기본 미세 입자를 만들었습니다. 미세 입자가 협력하면 매우 낮은 주파수에서 진동하는 시계를 만들 수 있습니다. 연구원들은 이러한 진동을 사용하여 소형 로봇 장치에 전력을 공급할 수 있음을 보여주었습니다.

“이 행동은 내장된 진동 전기 신호로 변환될 수 있으며, 이는 물리학에 대한 관심 외에도 마이크로로봇의 자율성에 매우 효과적일 수 있습니다. 최근 MIT 졸업생이자 이 연구의 주요 저자 중 한 명인 Jingfan Yang을 포함하여 많은 전기 부품에는 이러한 종류의 진동 입력이 필요합니다."라고 덧붙입니다.

새로운 발진기의 구성 요소 입자는 작은 기포를 형성하고 파열시켜 서로 통신할 수 있도록 하는 간단한 화학적 메커니즘에 관여합니다. 이러한 상호 작용은 올바른 조건에서 시계처럼 몇 초 간격으로 진동하는 오실레이터를 생성합니다.

MIT의 화학 공학 교수인 Michael Strano에 따르면, "우리는 매우 복잡한 작업을 집합적으로 수행할 수 있도록 비교적 단순한 마이크로 로봇 기계로 코딩할 수 있는 매우 간단한 규칙이나 속성을 찾고 있습니다."

토드 머피(Todd Murphey) 교수의 지도 아래 노스웨스턴 대학의 대학원생인 토마스 베루에타(Thomas Berrueta)는 양과 함께 이 연구의 공동 저자입니다.

개미와 꿀벌과 같은 곤충 군체는 그룹의 단일 구성원이 결코 완료할 수 없는 작업을 수행할 수 있으며 이는 비상 행동의 예입니다.

“개미는 뇌가 작고 극히 기본적인 인지 기능을 수행하지만 함께 일하면 놀라운 일을 할 수 있습니다. 그들은 음식을 수집하고 이러한 복잡한 터널 시스템을 만들 수 있습니다.”라고 Strano는 말합니다. "나 같은 물리학자와 엔지니어는 복잡한 작업을 수행하기 위해 함께 작동하는 작은 존재를 만들 수 있다는 의미이기 때문에 이러한 규칙을 이해하기를 원합니다."

이 프로젝트의 목표는 매우 낮은 주파수에서 진동이나 리드미컬한 움직임을 생성할 수 있는 입자를 만드는 것이었습니다. 최근까지 저주파 마이크로 오실레이터를 만들려면 값비싸고 복잡한 전자 장치 또는 복잡한 화학 물질이 포함된 특수 재료가 필요했습니다.

이 연구를 위해 연구원들은 직경 100 마이크론의 디스크를 소립자로 만들었습니다. SU-8 폴리머 기반 디스크의 백금 패치는 과산화수소의 물과 산소로의 전환을 가속화할 수 있습니다.

입자는 평평한 표면의 액적 표면에 배치될 때 과산화수소 액적의 상단을 향해 이동하는 경향이 있습니다. 그들은 액체-공기 접촉에서 다른 입자와 상호 작용합니다. 각 입자는 작은 산소 거품을 만들고 두 입자가 상호 작용할 만큼 가까워지면 거품이 터지고 입자가 분리됩니다. 그런 다음 새로운 거품이 형성되면서 프로세스가 다시 시작됩니다.

입자가 함께 작동할 때 Yang은 "매우 환상적이고 유용한 일을 할 수 있는데, 이는 실제로 미시적 규모에서는 달성하기 어렵습니다. 입자는 그 자체로 움직이지 않고 매혹적이지 않습니다.

과학자들은 두 개의 입자가 상당히 안정적인 진동자를 만들 수 있지만 더 많은 입자가 추가됨에 따라 리듬이 불규칙해지는 것을 발견했습니다. 그러나 다른 입자와 약간 다른 하나의 입자를 추가하면 리듬 오실레이터에서 다른 입자를 재배열하는 "리더" 역할을 할 수 있습니다.

이 리더 입자는 다른 입자와 크기가 같지만 약간 더 큰 백금 패치를 포함하고 있기 때문에 더 큰 산소 거품을 생성할 수 있습니다. 이렇게 하면 이 입자가 클러스터의 중심으로 이동하여 다른 모든 입자의 진동을 제어할 수 있습니다. 연구원들은 이 방법을 사용하여 최소 11개의 입자를 가진 발진기를 만들 수 있음을 발견했습니다.

이 발진기는 입자의 양에 따라 0,1~0,3Hz 범위의 주파수를 갖습니다. 이것은 걷기와 심장 박동과 같은 생물학적 과정을 제어하는 ​​저주파 발진기와 동등합니다.

진동 전류

연구원들은 또한 어떻게 이러한 입자의 리드미컬한 비트를 사용하여 진동하는 전류를 생성할 수 있는지 시연했습니다. 이를 달성하기 위해 그들은 백금 촉매 대신 백금과 루테늄 또는 금 연료 전지를 사용했습니다. 연료 전지의 전압은 연료 전지의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 저항을 리드미컬하게 변경하는 입자의 기계적 진동에 의해 진동 전류로 변환됩니다.

소형 보행 로봇에 전원을 공급할 때와 같은 일부 상황에서는 정전류보다 진동 전류를 생성하는 것이 유리할 수 있습니다. 이 방법은 MIT 연구원들이 이전에 코넬 대학 연구원들이 만든 작은 보행 로봇의 다리 역할을 하는 마이크로 액츄에이터에 전력을 공급할 수 있음을 입증하는 데 사용되었습니다. 첫 번째 모델의 레이저 소스는 전류가 인간에 의해 진동하고 각 다리 세트를 교대로 조준해야 했습니다. MIT 연구원들은 전류를 입자에서 작동기로 전송하기 위해 와이어를 사용하여 입자에 의해 생성된 내장 진동 전류가 미세 로봇 다리의 순환 운동에 전력을 공급할 수 있음을 시연했습니다.

Strano에 따르면, 그는 기계적 진동이 어떻게 로봇 작업에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있는 전기적 진동으로 변환될 수 있는지 보여줍니다.

수질 오염을 모니터링하기 위한 센서로 사용될 수 있는 작은 자율 로봇 떼를 제어하는 ​​것은 이러한 유형의 기술의 잠재적인 용도 중 하나입니다.

출처: techxplore

Günceleme: 13/10/2022 19:56