科学探索|机器人辅助组装可加快发现新技术和新材料机器人辅助组装可加快发现新

试图发明新技术和新材料的研究人员面临的挑战是不得不费力地手工制造每一种新的潜在材料，然后才能测试其能力。现在芝加哥大学、康奈尔大学和密歇根大学的科学家开发了一种组装纳米材料的创新制造方法。
相关论文最近发表在《自然-纳米技术》上。研究人员表示，这个过程是完全自动化的，你可以对它进行编程，然后走开。以前，如果你想尝试10种不同的材料排列组合，这一切都要靠手工完成，这需要几周的劳动，现在可以在一个小时内完成。他们希望这能通过减少繁琐的劳动，在这一激动人心的领域开辟新的探索路线。

文章图片

二维材料领域涉及堆叠每个只有几个原子厚的薄片。当层数如此之薄时，即使是普通材料也经常产生令人惊讶的新行为。例如，当两层材料以一个"神奇"的角度垂直堆叠时，碳突然显示出超导性，即无瑕疵导电的能力。科学家们对将不同种类二维材料堆叠在一起特别感兴趣，如果你能采取这些层，并在控制晶体方向的情况下将它们堆叠起来，你可以得到一些真正美丽的新物理学，因为层之间的相互作用被修改了。

文章图片

然而，发现过程是有限和缓慢的，因为科学家们必须首先辛苦地组装这些组合，并逐一进行测试。芝加哥大学的科学家们着手解决这个问题。在纳米材料专家Jiwoong Park教授的领导下，该小组已经发明了一种制造复杂的原子级薄片的方法，并将它们剥开，堆叠在一起。现在他们需要一种方法来实现这一过程的自动化。
他们想制造一种微小的装配线，但制造过程的每个组成部分都有其自身的挑战。首先，科学家们必须找出一种方法，将他们的板材精确地切割成他们想要的确切形状，这很难在不打破或损坏板材的情况下干净地完成。通过实验，他们找到了一种技术，可以实现大面积的图案，具有非常高的精度，并且不会污染材料。
下一个挑战是制作一个能够操纵这些极其脆弱的薄片的机器人，需要找到一种聚合物，它要足够精确地拿起这些薄片，但也要能够再次把它放下来，轻轻地放在准确的位置。他们想出了一种由柔软的聚合物制成的"手"，这种聚合物在受热或紫外线照射时就会分解。一旦片材被准确定位，手就会溶解，片材就会落到原位。
【科学探索|机器人辅助组装可加快发现新技术和新材料】有了这个系统，科学家们现在可以对他们的装配线进行编程，使其制造出具有几十个不同层次的材料结构，并在几分钟内回来，准备测试成品样品。该系统不仅非常精确，而且还提供了广泛的定制选项，包括令人羡慕的以不同角度旋转每个连续薄片的能力。