De minuscules robots flottants pourraient être utiles de toutes sortes de façons, par exemple, pour sonder l'intestin humain à la recherche de maladies ou pour rechercher des polluants dans l'environnement. Dans une démarche vers de tels dispositifs, les chercheurs décrivent un nouveau mariage de matériaux, combinant l'électronique 2-D ultrafine avec des particules miniatures pour créer des machines microscopiques.

Les chercheurs présenteront leurs travaux aujourd'hui lors de la 255e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS).

"Vous pouvez faire des circuits électroniques d'un seul atome d'épaisseur, qui est juste incroyablement mince, " Michel Strano, Doctorat., dit. "Une utilisation créative à laquelle personne n'a pensé jusqu'à présent consiste à prendre ces appareils électroniques et à les greffer sur une particule colloïdale. La particule, qui peut flotter dans l'air comme un grain de poussière, a des fonctions informatiques simples. Vous pouvez apporter ces nouveaux appareils électroniques dans des environnements auxquels ils n'auraient pas pu accéder autrement."

Dans un premier temps, les chercheurs devaient développer un ensemble compatible de composants électroniques pour que le revêtement de la particule forme un circuit autonome fermé. "C'était difficile à faire, " dit Volodymyr Koman, Doctorat., chercheur dans le groupe de Strano au Massachusetts Institute of Technology. "Nous avons utilisé un certain nombre d'appareils différents pour répondre à certaines exigences en matière de puissance et d'énergie."

À la fin, L'équipe de Strano a sélectionné un matériau biocompatible, SU-8, pour les particules de taille micrométrique et les a gravées par lithographie pour créer un circuit fermé constitué d'une source d'alimentation, un détecteur et un dispositif de mémoire. La source d'alimentation était une hétérojonction p-n de MoS2 et WSe2 qui peut convertir la lumière en courant électrique. MoS2 et WSe2 sont tous deux des semi-conducteurs 2-D. Le détecteur était une résistance chimique, une seule couche distincte de MoS2, conçu pour modifier sa résistance électrique en réponse à un agent environnemental. La sortie électrique est stockée dans un dispositif de mémoire constitué d'une couche séparée de flocons de MoS2 pris en sandwich entre des électrodes d'or et d'argent.

Étant donné que la mobilité et la stabilité des particules constitueraient une partie importante des applications proposées, les chercheurs ont d'abord vérifié si et jusqu'où les particules électroniques pouvaient voyager. Surtout, Les matériaux 2-D possèdent des limites de déformation plus élevées que les matériaux similaires. Les chercheurs les ont aérosolisés et propulsés vers une cible; les minuscules particules ont volé sur quelques pieds.

Les chercheurs envisagent une gamme d'utilisations pour ces machines volantes miniatures. Surveillance de grandes surfaces pour les bactéries, spores, fumée, poussières ou fumées toxiques nécessitent actuellement d'énormes ressources, dit Koman. Des satellites ou une flotte de drones volants peuvent effectuer ces tâches mais elles sont coûteuses, tandis que les capteurs au sol nécessitent une installation laborieuse, ce qui est souvent lent par rapport à la vitesse de propagation des aérosols. "Comme alternative, nous introduisons le concept de dispositif électronique aérosolisable, " dit-il. À titre d'exemple, les chercheurs ont testé les petits appareils dans un gazoduc simulé. Les machines volantes ont traversé avec succès la chambre d'essai et détecté la présence de particules de carbone ou de composés organiques volatils en cours de route et ont stocké ces informations en mémoire.

"Nous mettons de petits rétroréflecteurs sur les particules - comme vous en avez sur vos vélos - pour qu'ils réfléchissent la lumière et nous permettent de trouver rapidement les particules, " dit Koman. Après la capture, les chercheurs ont téléchargé les informations des particules. "Pour la lecture, les particules ont des connexions métalliques désignées, comme une prise :une fois que vous avez inséré deux sondes, vous pouvez lire l'état de l'appareil." La mémoire peut ensuite être effacée afin que les machines miniatures puissent être réutilisées.

Les prochaines étapes des chercheurs consistent à développer des particules pour des applications supplémentaires, y compris en tant que moniteurs du système digestif humain. "C'est la bonne idée et le bon moment, " dit Strano. " Considérez-les comme des proto-robots. "