p Se você abrisse seu smartphone, você veria uma série de chips eletrônicos e componentes dispostos em uma placa de circuito, como uma cidade em miniatura. Cada componente pode conter "chips ainda menores, "alguns não mais largos do que um cabelo humano. Esses elementos são geralmente montados com garras robóticas projetadas para pegar os componentes e colocá-los em configurações precisas. p Como as placas de circuito são embaladas com componentes cada vez menores, Contudo, A habilidade das garras robóticas de manipular esses objetos está chegando ao limite.

p "A fabricação de eletrônicos exige o manuseio e a montagem de pequenos componentes de tamanho semelhante ou menor do que grãos de farinha, "diz Sanha Kim, um ex-pós-doutorado do MIT e cientista pesquisador que trabalhou no laboratório do professor associado de engenharia mecânica John Hart. "Portanto, é necessária uma solução especial de pick-and-place, em vez de simplesmente miniaturizar [existentes] garras robóticas e sistemas de vácuo. "

p Agora Kim, Hart, e outros desenvolveram um carimbo "eletroadesivo" em miniatura que pode pegar e posicionar objetos tão pequenos quanto 20 nanômetros de largura - cerca de 1, 000 vezes mais fino que um cabelo humano. O selo é feito de uma floresta esparsa de nanotubos de carbono revestidos de cerâmica dispostos como cerdas em um pincel minúsculo.

p Quando uma pequena tensão é aplicada ao selo, os nanotubos de carbono ficam temporariamente carregados, formando espinhos de atração elétrica que podem atrair uma partícula minúscula. Desligando a tensão, a "aderência" do selo vai embora, permitindo que ele libere o objeto em um local desejado.

p Hart diz que a técnica de estampagem pode ser ampliada para uma configuração de fabricação para imprimir recursos em micro e nanoescala, por exemplo, para empacotar mais elementos em chips de computador cada vez menores. A técnica também pode ser usada para padronizar outras pequenas, recursos intrincados, como células para tecidos artificiais. E, a equipe prevê a macroescala, superfícies eletroadesivas bioinspiradas, como almofadas ativadas por voltagem para agarrar objetos do dia a dia e para robôs escaladores parecidos com lagartixas.

p "Simplesmente controlando a tensão, você pode mudar a superfície de basicamente ter adesão zero para puxar algo com tanta força, por unidade de área, que pode agir um pouco como o pé de uma lagartixa, "Hart diz.

p A equipe publicou seus resultados hoje na revista Avanços da Ciência .

p Como fita adesiva seca

p As garras mecânicas existentes são incapazes de pegar objetos menores do que cerca de 50 a 100 mícrons, principalmente porque em escalas menores as forças da superfície tendem a vencer a gravidade. Você pode ver isso ao derramar farinha de uma colher - inevitavelmente, algumas partículas minúsculas aderem à superfície da colher, em vez de permitir que a gravidade os arraste.

p "O domínio das forças de superfície sobre as forças de gravidade se torna um problema ao tentar colocar com precisão coisas menores - que é o processo fundamental pelo qual a eletrônica é montada em sistemas integrados, "Hart diz.

p Ele e seus colegas notaram que a eletroadesão, o processo de aderência de materiais por meio de uma tensão aplicada, tem sido usado em alguns ambientes industriais para escolher e colocar objetos grandes, como tecidos, têxteis, e bolachas inteiras de silício. Mas esta mesma eletroadesão nunca foi aplicada a objetos no nível microscópico, porque um novo design de material para controlar a eletroadesão em escalas menores era necessário.

p O grupo de Hart já trabalhou com nanotubos de carbono (CNTs) - átomos de carbono ligados em um padrão de rede e enrolados em tubos microscópicos. Os CNTs são conhecidos por sua mecânica excepcional, elétrico, e propriedades químicas, e eles têm sido amplamente estudados como adesivos secos.

p "Trabalhos anteriores em adesivos secos à base de CNT focados em maximizar a área de contato dos nanotubos para criar essencialmente uma fita adesiva seca, "Hart diz." Nós escolhemos a abordagem oposta, e disse, 'vamos projetar uma superfície de nanotubo para minimizar a área de contato, mas use eletrostática para ativar a adesão quando precisarmos. '"

p Um botão liga / desliga fixo

p A equipe descobriu que se eles revestissem os CNTs com um material dielétrico fino, como óxido de alumínio, quando eles aplicaram uma voltagem aos nanotubos, a camada de cerâmica tornou-se polarizada, o que significa que suas cargas positivas e negativas ficaram temporariamente separadas. Por exemplo, as cargas positivas das pontas dos nanotubos induziram uma polarização oposta em qualquer material condutor próximo, como um elemento eletrônico microscópico.

p Como resultado, o selo baseado em nanotubo aderido ao elemento, pegando como minúsculo, dedos eletrostáticos. Quando os pesquisadores desligaram a tensão, os nanotubos e o elemento despolarizado, e a "pegajosidade" foi embora, permitindo que o selo se destaque e coloque o objeto em uma determinada superfície.

p A equipe explorou várias formulações de designs de selos, alterando a densidade dos nanotubos de carbono cultivados no selo, bem como a espessura da camada de cerâmica que eles usaram para revestir cada nanotubo. Eles descobriram que quanto mais fina a camada de cerâmica e mais esparsamente espaçados os nanotubos de carbono estavam, quanto maior for a relação liga / desliga do selo, o que significa que quanto maior era a aderência do selo quando a tensão estava ligada, versus quando estava desligado.

p Em seus experimentos, a equipe usou o selo para pegar e colocar filmes de nanofios, cada um com cerca de 1, 000 vezes mais fino que um cabelo humano. Eles também usaram a técnica para escolher e colocar padrões intrincados de polímero e micropartículas de metal, bem como micro-LEDs.

p Hart diz que a tecnologia de impressão eletroadesiva poderia ser ampliada para fabricar placas de circuito e sistemas de chips eletrônicos em miniatura, bem como monitores com pixels de LED em microescala.

p "Com os recursos cada vez mais avançados de dispositivos semicondutores, uma necessidade e oportunidade importante é integrar componentes menores e mais diversos, como microprocessadores, sensores, e dispositivos ópticos, "Hart diz." Freqüentemente, estes são necessariamente feitos separadamente, mas devem ser integrados para criar sistemas eletrônicos de próxima geração. Nossa tecnologia possivelmente preenche a lacuna necessária para escalabilidade, montagem econômica desses sistemas. "