Pesquisadores da Duke University e da North Carolina State University demonstraram as primeiras micropartículas semicondutoras personalizadas que podem ser direcionadas em várias configurações repetidamente enquanto suspensas na água.
Com seis partículas personalizadas iniciais que previsivelmente interagem umas com as outras na presença de campos elétricos de corrente alternada (AC) de frequências variadas, o estudo apresenta os primeiros passos para a realização de aplicativos avançados, como músculos artificiais e sistemas de computador reconfiguráveis.
O estudo aparece online em 3 de maio na revista Nature Communications .
"Projetamos e codificamos várias respostas dinâmicas em diferentes micropartículas para criar uma caixa de ferramentas de silício reconfigurável, "disse Ugonna Ohiri, um estudante de doutorado em engenharia elétrica recém-formado pela Duke e primeiro autor do artigo. "Ao fornecer um meio de montar e desmontar de forma controlada essas partículas, estamos trazendo uma nova ferramenta para o campo da matéria ativa. "
Embora os pesquisadores anteriores tenham trabalhado para definir os sistemas de automontagem, poucos trabalharam com partículas semicondutoras, e nenhum explorou a ampla gama de formas personalizadas, tamanhos e revestimentos que estão disponíveis para a indústria de micro e nanofabricação. Partículas de engenharia de silício apresentam a oportunidade de realizar fisicamente dispositivos eletrônicos que podem se automontar e desmontar sob demanda. Personalizar suas formas e tamanhos apresenta oportunidades para explorar um amplo espaço de design de novos comportamentos móveis.
"A maioria dos trabalhos anteriores realizados com partículas de automontagem foi realizada com formas como esferas e outros materiais disponíveis no mercado, "disse Nan Jokerst, o J. A. Jones Professor de Engenharia Elétrica e de Computação na Duke. "Agora que podemos personalizar quaisquer formas arbitrárias, características elétricas e revestimentos padronizados que desejamos com silício, um novo mundo está se abrindo. "
No estudo, Jokerst e Ohiri fabricaram partículas de silício de várias formas, tamanhos e propriedades elétricas. Em colaboração com Orlin Velev, o Professor de Engenharia Química e Biomolecular da INVISTA na NC State, eles caracterizaram como essas partículas responderam a diferentes magnitudes e frequências de campos elétricos enquanto submersas na água.
Com base nessas observações, os pesquisadores, então, fabricaram novos lotes de partículas personalizadas que provavelmente exibiriam os comportamentos que procuravam, resultando em seis diferentes composições de micropartículas de silício projetadas que podem se mover através da água, sincronizar seus movimentos, e reversivelmente montar e desmontar sob demanda.
As partículas de filme fino são retângulos de 10 por 20 mícrons com 3,5 mícrons de espessura. Eles são fabricados com a tecnologia Silicon-on-Insulator (SOI). Uma vez que podem ser feitos com a mesma tecnologia de fabricação que produz circuitos integrados, milhões de partículas idênticas poderiam ser produzidas ao mesmo tempo.
"A ideia é que eventualmente seremos capazes de fazer sistemas computacionais de silício que se montam, desmonte e remonte em um formato diferente, "disse Jokerst." Isso está muito longe no futuro, mas este trabalho fornece uma noção dos recursos que existem e é a primeira demonstração de como podemos alcançar esses tipos de dispositivos. "
Isso é, Contudo, apenas a ponta do iceberg proverbial. Algumas das partículas foram fabricadas com regiões do tipo p e do tipo n para criar junções p-n - componentes elétricos comuns que permitem que a eletricidade passe em apenas uma direção. Pequenos padrões de metal também foram colocados nas superfícies das partículas para criar diodos de junção p-n com contatos. No futuro, pesquisadores podem até mesmo projetar partículas com padrões usando outros materiais eletricamente condutores ou isolantes, circuitos integrados complexos, ou microprocessadores no ou dentro do silício.
"Este trabalho é apenas um pequeno instantâneo das ferramentas de que dispomos para controlar a dinâmica das partículas, "disse Ohiri." Ainda nem arranhamos a superfície de todos os comportamentos que podemos projetar, mas esperamos que este estudo multidisciplinar possa ser pioneiro em estudos futuros para projetar materiais ativos artificiais. "
