二維材料實現科幻夢想 微型浮動機器人已出現

近日，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員採用納米單層二硫化鉬和二硒化鎢，將超薄二維電子技術與微型粒子相結合，創造出微觀機器人。這種機器人可用于監測各種環境中的有害氣體或人類消化系統的內部疾病。

迄今為止，沒人想到的一種創造性方式是將電子元件接枝到膠體顆粒上，粒子可以像塵埃一樣漂浮在空中，並具有計算功能。人們可以將這些微型浮動機器人應用到他們無法訪問的環境中，這種微型浮動機器人未來將可以用於許多領域，就如同科幻作家或童話作家所描繪的未來那樣，如果有朝一日，人們想探索人體內部的疾病或者搜索環境中的污染物，可以直接雇用一個微型的漂浮機器人去解決問題。如今，研究人員正朝著這種設備邁出第一步。

作為第一步，研究人員需要開發一套相容的電子元件用於顆粒塗層，形成一個封閉的自治電路。要製造單個原子厚的電子電路，這種電路非常薄，所以很難做到。研究員Koman博士說：“我們通過了許多不同的設備來滿足特定的功率和能量要求。”

最後，研究團隊為微米尺寸的顆粒選擇了一種生物相容材料SU-8，並對它們進行光刻蝕刻以創建一個由電源，檢測器和存放裝置組成的閉合電路。電源是納米單層二硫化鉬（MoS₂）和二硫化鎢（WSe₂）組成的pn異質結，可將光轉換為電流。MoS₂和WSe₂都是二維半導體。該探測器是一種化學電阻器，一種獨特的單層MoS₂，旨在改變其電阻以回應環境因素。電輸出存儲在由夾在金和銀電極之間的單獨的MoS₂薄片層組成的存儲裝置中。

由於粒子的移動性和穩定性將成為提出的應用的重要組成部分，研究人員首先檢查了電子粒子是否可以移動以及移動多遠。重要的是，2D材料與類似材料相比具有更高的應變限制，研究人員將它們霧化並推向目標; 這些微小的粒子飛了幾英尺。

Koman博士說：“我們把微小的回射器放在粒子上 - 就像你騎在自行車上一樣 - 這樣它們就能反射光線，並讓我們迅速找到粒子。捕獲粒子後，研究人員從粒子中下載資訊，讀出設備的狀態，然後可以擦除記憶體，以便微型機器可以重新使用。例如，研究人員在模擬天然氣管道中測試了這些微型設備，飛行器成功駛過測試室，沿途檢測到碳顆粒或揮發性有機化合物的存在，並將這些資訊存儲在記憶體中。”

研究人員設想這些微型飛行器的一系列用途。例如監測大面積的細菌，孢子，煙霧，灰塵或有毒煙霧，或許現在的衛星或一群無人飛機就可以完成這些任務，但價格昂貴，而在地面上安裝感測器需要大量人力勞動密集型地安裝，與微型機器人的傳播速度相比，這此方式往往是緩慢得不值一提的。所以，採用可霧化電子設備概念的微型浮動機器人作為替代，相較之下，傳統和未來的成本效率立現高低。

研究人員的下一步是開發用於其他應用的粒子，包括作為人體腸道消化系統的監測器。他們設想的是，未來治療某些疾病可以不用再麻煩醫生或吃有毒副作用的藥物，吞下幾個微型機器人就能在人體裡面幫助解決以前很難處理的麻煩。（中鎢線上編譯）

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