微粒子からの電流

MIT のエンジニアは、微小創発行動として知られる現象を利用して、アリのコロニーがトンネルを作ったり、餌を探したりするなど、高度な活動を集合的に生み出すことができる素粒子を作成しました。 微粒子が協力すると、非常に低い周波数で振動する時計を作成できます。 研究者は、これらの振動を使用して小型ロボット デバイスに電力を供給できることを実証しました。

「この動作は、組み込みの振動電気信号に変換できます。これは、物理学に興味深いだけでなく、マイクロロボティクスの自律性に非常に効果的である可能性があります. 多くの電気部品は、この種の振動入力を必要とし、最近 MIT を卒業したばかりで、この研究の主な著者の XNUMX 人である Jingfan Yang 氏もその XNUMX 人です」と付け加えています。

新しい振動子の構成粒子は、小さな気泡を形成して破裂させることで互いに通信できるようにする単純な化学メカニズムに関与しています。 これらの相互作用は、適切な条件下で、時計のように数秒間隔で鼓動する振動子になります。

MIT の化学工学教授である Michael Strano 氏によると、「私たちは、非常に高度なタスクをまとめて実行できるように、比較的単純なマイクロロボット マシンにコーディングできる非常に単純なルールまたはプロパティを探しています。」

トッド・マーフィー教授の指導の下、ノースウェスタン大学の大学院生であるトーマス・ベルエタは、ヤンとの研究の共著者です。

アリやミツバチなどの昆虫のコロニーは、グループの XNUMX 人のメンバーが完了することのできないタスクを実行できます。これは、緊急行動の例です。

「アリは脳が小さく、非常に基本的な認知機能を実行しますが、一緒に働くと驚くべきことを行うことができます。 彼らは食物を集め、これらの複雑なトンネル システムを作成することができます」と Strano 氏は言います。 「私のような物理学者やエンジニアは、これらのルールを理解したいと思っています。それは、協力して複雑なタスクを達成するために小さな存在を作成できることを意味するからです。」

このプロジェクトの目標は、非常に低い周波数で振動やリズミカルな動きを生成できるパーティクルを作成することでした。 最近まで、低周波のマイクロオシレータを作成するには、高価で複雑な電子機器または複雑な化学的性質を備えた特殊な材料が必要でした。

この研究のために、研究者は素粒子として直径100ミクロンのディスクを作成しました。 SU-8 ポリマー ベースのディスクのプラチナ パッチは、過酸化水素の水と酸素への変換を促進します。

粒子は、平面上の液滴表面に配置されると、過酸化水素液滴の上部に向かって移動する傾向があります。 それらは、液体と空気の接触で他の粒子と相互作用します。 各粒子は酸素の小さな泡を作成し、XNUMX つの粒子が相互作用するのに十分近づくと、泡が破裂して粒子が分離します。 このプロセスは、新しい気泡の形成から再開されます。

粒子が一緒に働くとき、Yang は言う、「彼らは非常に幻想的で有用なことをすることができますが、これは実際にはマイクロスケールでは達成するのが難しい. 粒子自体は動かず、魅力的なことは何もしません。

科学者は、XNUMX つの粒子がかなり信頼性の高い発振器を作ることができることを発見しましたが、より多くの粒子が追加されると、リズムが不安定になります。 ただし、他の粒子とはわずかに異なる XNUMX つの粒子を追加すると、リズミカルなオシレーターで他の粒子を再配置する「リーダー」として機能します。

このリーダー粒子は他の粒子と同じサイズですが、わずかに大きなプラチナのパッチが含まれているため、より大きな酸素の泡を生成できます。 これにより、この粒子はクラスターの中心に移動し、そこで他のすべての粒子の振動を制御できます。 研究者は、この方法を使用して、少なくとも 11 個の粒子で振動子を作成できることを発見しました。

この発振器の周波数は、粒子の量に応じて 0,1 ～ 0,3 ヘルツの範囲です。 これは、歩行や心拍などの生物学的プロセスを制御する低周波発振器と同等です。

振動電流

研究者はまた、これらの粒子のリズミカルなビートを使用して振動電流を作り出す方法も示しました。 これを達成するために、彼らはプラチナ触媒の代わりにプラチナとルテニウムまたは金の燃料電池を使用しました。 燃料電池の電圧は、燃料電池の一端から他端への抵抗をリズミカルに変化させる粒子の機械的振動によって振動電流に変換されます。

小型歩行ロボットに電力を供給する場合など、場合によっては、定電流ではなく振動電流を生成する方が有利な場合があります。 この方法は、MIT の研究者によって使用され、以前にコーネル大学の研究者によって作成された小さな歩行ロボットの脚として機能するマイクロアクチュエータに電力を供給できることを実証しました。 最初のモデルのレーザー光源は、人間が電流を振動させる必要があり、交互に各脚のセットに向けられていました。 ワイヤーを使用して粒子からアクチュエーターに電流を伝送することにより、MIT の研究者は、その粒子によって生成された組み込みの振動電流が、マイクロロボットの脚の周期的な動きに動力を与えることができることを実証しました。

Strano によると、彼は、機械的振動を電気的振動に変換し、それを使用してロボット タスクに電力を供給する方法を実証しています。

水質汚染を監視するためのセンサーとして使用できる小さな自律型ロボットの群れを制御することは、この種の技術の潜在的な用途の XNUMX つです。

出典：テクエクスプローラー

Günceleme: 13/10/2022 19:56