导读许多科幻电影和电视节目都使用微型机器人——比眼睛所能看到的还要小——作为一种很酷且通常很方便的情节装置。你的宇宙飞船船体上有一个洞

许多科幻电影和电视节目都使用微型机器人——比眼睛所能看到的还要小——作为一种很酷且通常很方便的情节装置。

你的宇宙飞船船体上有一个洞?纳米机器人将重建它。医疗急救?派出纳米机器人来治疗伤口。需要监视恶棍吗?纳米机器人可以将英雄们带到受限的地方并报告回来。

在现实世界中,近年来对纳米技术的研究呈指数级增长,在医学、电子和材料科学方面具有潜在应用。由于所涉及的尺寸——一纳米是十亿分之一米,比人类 DNA 链还小——目前的技术无法准确可靠地独立操作大量纳米级物体。

宾厄姆顿大学Thomas J. Watson 工程与应用科学学院机械工程系的助理教授于凯彦最近获得了一项为期五年、价值 588,608 美元的国家科学基金会职业奖,以研究克服这些限制的方法。职业资助支持有潜力成为研究和教育学术榜样的早期职业教师。

“我正在尝试有效地将许多具有受控三维姿势和特征的微米和纳米粒子操纵到功能设备、互连和其他有用组件中,以用于各种应用,例如构建可以将药物直接输送到细胞的纳米机器人,”说Yu 于 2018 年加入宾厄姆顿学院。“目前,由于制造限制,很难构建这种具有大量传感器、强大的执行器和板载电池的纳米机器人,并让它们相互通信。”

Yu 的 NSF 研究将研究使用电场来控制多个纳米粒子在三维微流体环境中的单独运动。然后,每根细线都可以以不同的方式执行自己的任务。

“我正在尝试使用外部场对大量小型代理进行高效、自动化、同步和独立的操作,”Yu 说。“我们如何能够独立自主地控制不同种类粒子的运动,甚至是相同种类的粒子,但功能不同?我们可以使用全局外部场同时控制多少个粒子?我们的目标是在项目中回答这些问题。”

在短期内,余希望她的工作能够为未来的智能小型工厂提供大规模自动化控制微观物体的工程工具,这些工厂可以生产大量有用的纳米机器人和功能性纳米设备。她还希望为高效且廉价的神经形态纳米线网络做出贡献。最终,她心中还有一个更大的目标。

“我们可以建立一个基于纳米线的神经网络,可以模仿生物神经元表现出的行为。我们可以促进计算能力并模仿我们大脑中计算的节能结构,”她说。“我不会为这个项目构建人脑,但希望我能在未来做到这一点。”

除了提供必要的用品外,NSF 的赠款还将资助一名研究生的工作,以协助当地学校的研究以及以 STEM 为重点的外展计划。Yu 特别想激励更多女性和弱势群体成员进入工程和其他科学相关领域。

保证为这项研究提供资金——这只是她涉及大型和小型机器人的众多项目之一——是一个令人兴奋的前景。

“这是我第一次尝试获得职业奖,”她说。“能在机械工程系工作,我感到很幸运。我非常感谢我的同事、ME 部门、沃森学院和大学在过去几年中给予的所有帮助和支持。”