Het Tiny House ter wereld:een microstructuur van 20 micrometer

• Met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop bouwen wetenschappers 's werelds kleinste microhuis. 
• Het is bijna 20 micrometer lang en gebouwd op een gespleten optische vezel. 
• Het experiment was een leuke manier om de nauwkeurigheid en flexibiliteit van µRobotex te demonstreren. 

Werken op nanoschaal is een uiterst moeilijke taak. Er zijn veel complexe materialen, assemblagetechnieken en robotontwerpen nodig om micro-origami-structuren te ontwikkelen.

Nu hebben wetenschappers van het Femto-ST Instituut in Frankrijk een nieuwe manier ontwikkeld om op zo’n kleine schaal te werken. Ze gebruikten een scanning-elektronenmicroscoop met dubbele bundel (SEM)/gefocusseerde ionenbundel (FIB) met een robot met 6 vrijheidsgraden om 's werelds kleinste microhuis te fabriceren.

Ze realiseerden voor het eerst patroonvorming en assemblage met een nauwkeurigheid van minder dan 2 nanometer, wat gunstig zou kunnen zijn voor toekomstige robotica en optische toepassingen.

Hoe hebben ze dit gebouwd?

Ze combineerden de nano-assemblagecomponenten in een vacuümkamer en plaatsten een elektronenmicroscoop om het algehele proces te observeren. Het lijkt veel op het bouwen van een grote dobbelsteen vanaf een stuk papier, maar vereist geavanceerde hulpmiddelen en technieken.

Patroonvorming, zelfvouwen en installatie van microhouse 

Onderzoekers gebruikten FIB [zoals een schaar] om het silicamembraan [papier] van het huis te snijden en vorm te geven. Nadat ze de muren op de gewenste plek hadden gevouwen, gebruikten ze het gasinjectiesysteem van FIB [bij configuraties met laag vermogen] om de randen van de structuur vast te zetten.

Om de flexibiliteit en nauwkeurigheid van het systeem te demonstreren, sputterden ze zachtjes een pannenpatroon op het dak van de constructie. Bij dit totale woningbouwproces moest het systeem zich concentreren op een klein gebied van 300*300 micrometer om ionen op een silicamembraan af te vuren.

Met dank aan onderzoekers | Femto-ST Instituut

Om dit te doen, bedienden 2 ingenieurs de robot via meerdere computers. Hoewel sommige stappen al geautomatiseerd waren, hopen de onderzoekers het volledige assemblageproces in de toekomst te automatiseren.

Referentie:Journal of Vacuum Science &Technology | doi: 10.1116/1.5020128

Waarom deden ze dit?

Het experiment was een leuke manier om de werking [flexibiliteit en nauwkeurigheid] van µRobotex te demonstreren – een platform voor het karakteriseren en microassembleren van kleine structuren waarvan de afmetingen minder dan 10 micrometer zijn. Het doel is om wetenschappers op het gebied van micro- en nanotechnologieën te voorzien van geavanceerde, concurrerende apparatuur op internationaal niveau.

Met behulp van het μRobotex-systeem kunnen ingenieurs gefunctionaliseerde microstructuren construeren om bepaalde moleculen te identificeren door hun eigen microstructuren op optische vezels te plaatsen. Deze vezels worden vervolgens in ontoegankelijke of moeilijk bereikbare gebieden, zoals bloedvaten, ingebracht om doelmoleculen te detecteren.

Bovendien laten de experimentele resultaten zien dat het integreren van een microrobot met een SEM-vacuümkamer de middelen biedt om de reikwijdte van cleanroomfaciliteiten uit te breiden om driedimensionale microstructuren met verschillende materialen te construeren.

Onderzoekers stelden ook een nieuw mechanisme voor om verschillende soorten optische functies te vervaardigen voor het vangen van licht, gebaseerd op nanofotonische kristallen, roosters, antennes, koolstofnanobuisjes, 3D-biosensoren met origami, enz.

Lees:Transmissie-elektronenmicroscoop kan nu nanodeeltjes in 4D zien

Momenteel werken de wetenschappers aan het verder verbeteren van het systeem; Ze willen dunnere structuren bouwen en deze bevestigen op koolstofnanobuisjes, met een straal van slechts 10 nanometer.