科學家研製最小引擎 可驅動醫用機器人進入人體

2021-01-08 參考消息

參考消息網5月4日報導 外媒稱,科學家研製出了世界上最小的微型引擎。他們說,這是第一臺能夠驅動納米機器人的引擎,包括能夠在人體內行進的醫療機器人。

據英國《金融時報》網站5月2日報導,這臺名為「傳動納米換能器」(ANT)的原型機,將微型黃金小球與一種特殊的聚合物凝膠混合在一起。它能夠產生微觀級別的推進力,不過按照每一單位重量來計算,它產生的推進力卻是任何已知發動機或肌肉的一百倍。

領導這個項目的劍橋大學教授傑裡米·鮑姆貝格說:「多年來,人們一直在談論製造納米機器人,但到現在還沒有製造出來。為什麼?因為到目前為止還沒有辦法驅動它們在液體中行進——就像是在納米級別的糖漿中遊泳,因為分子間作用力太強了。」

鮑姆貝格說,ANT引擎能夠提供足夠的動力。

他說:「和真正的螞蟻一樣,它能夠提供相對於其重量來說十分巨大的動力。我們現在面臨的挑戰是如何控制這種力量以應用於納米機器。」

ANT的動力來自物理反應而不是化學反應。它裡面的黃金納米微粒每個直徑只有0.06微米,相當於人類頭髮直徑的千分之一。這些微粒與一種名為pNIPAM的膠狀聚合物一起被置於水中。

一旦溫度超過32攝氏度這個重要節點,黃金微粒就會因為分子間的吸引力而與聚合物緊密結合在一起。當溫度降至32攝氏度以下時,聚合物會突然吸收水分並膨脹,黃金微粒會像噴泉一樣被快速噴散出去。

研究團隊成員丁濤(音)說:「這就像是一次爆炸。當水分子使周圍的聚合物膨脹時,數以百計的黃金小球將在百萬分之一秒的時間內飛散出去。」

實驗證明,這種反應是完全可逆的,而且能夠在短時間內完成。當溫度再次升高時,隨著黃金微粒周圍的聚合物將水分排出去並收縮,ANT會儲存大量的彈性勢能。鮑姆貝格說:「整個過程就好像納米噴泉。」

ANT原型機使用雷射來控制系統溫度,不過也可以採用其他辦法。臨界點溫度是能調節的,比如將釋放能量的溫度設定在人體的正常體溫37攝氏度左右。

ANT能夠通過一系列活塞衝程來驅動納米機器人,很像是汽車發動機,不過規模是其數十億分之一。

鮑姆貝格說:「這一理念能夠為大量未來的設計方案奠定基礎。」

該研究團隊正與劍橋大學附屬的劍橋創業公司合作研發這種技術的實際應用。

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