يمكن أن يؤدي التجميع بمساعدة الروبوت إلى تسريع وتيرة الاكتشاف لتقنيات جديدة لا تصدق
تقنية من علماء UChicago تنشئ “خط تجميع” لدمج مواد جديدة.
لنفترض أنك مهندس ولديك فكرة لسيارة جديدة. ولكن قبل أن تتمكن حتى من بدء التجربة، عليك قضاء ساعات في صب البراغي وصنع المطاط للإطارات من الصفر.
هذا مشابه للتحدي الذي يواجه الباحثين الذين يحاولون ابتكار أنواع جديدة من التكنولوجيا.
تبدأ القدرة على صنع شاشة مرنة أو لوحة شمسية جديدة، على سبيل المثال، باكتشاف مجموعة جديدة من المواد ذات الخصائص غير العادية على النطاق الذري.
ولكن في مجال المواد ثنائية الأبعاد، والتي تُعد واحدة من أكثر المجالات إثارة للإلكترونيات المستقبلية، لا يزال يتعين على العلماء أن يصنعوا يدويًا كل مادة محتملة جديدة قبل أن يتمكنوا من اختبار قدراتها.
هناك تقنية جديدة تطلب من الروبوت أن يمد يده. وضع هذا البحث علماء من جامعة شيكاغو وجامعة كورنيل وجامعة ميشيغان، ويضع البحث طريقة تصنيع مبتكرة لتجميع المواد النانوية.
يأمل العلماء أن هذه العملية، التي نُشرت مؤخرًا في Nature Nanotechnology ، يمكن أن تسرع وتيرة الاختراقات في هذا المجال.
قال المؤلف الأول المشارك أندرو مانيكس ، وهو زميل سابق لما بعد الدكتوراه في جامعة شيكاغو كادانوف رايس وهو الآن أستاذ مساعد في جامعة ستانفورد: “هذه العملية مؤتمتة بالكامل – يمكنك برمجتها والابتعاد عنها”.
“في السابق، إذا كنت ترغب في تجربة 10 تباديل مختلف للمواد، فسيتم إجراؤها يدويًا، وهي أسابيع من المخاض.
يمكننا الآن القيام بذلك في غضون ساعة. نأمل أن يفتح هذا خطوطًا جديدة للبحث في هذا المجال المثير عن طريق تقليل مضجر العمل “.
خط تجميع صغير
يتضمن مجال المواد ثنائية الأبعاد تكديس الألواح التي لا يزيد سمك كل منها عن ذرات قليلة. عندما تكون الطبقات رقيقة بهذا الشكل، فحتى المواد العادية غالبًا ما تنتج سلوكيات جديدة مدهشة.
على سبيل المثال، يظهر الكربون فجأة الموصلية الفائقة، والقدرة على توصيل الكهرباء دون عيب، عندما يتم تكديس طبقتين عموديًا بزاوية “سحرية”.
“عندما بدأنا في النظر في هذه المشكلة، بدا أنه من المستحيل تخيل أتمتة هذه المشكلة.”
– البروفيسور جيوونج بارك
قال مانيكس إن العلماء مهتمون بشكل خاص بتجميع أنواع مختلفة من المواد ثنائية الأبعاد معًا: “لقد أدركنا مؤخرًا أنه إذا كان بإمكانك أخذ هذه الطبقات وتكديسها مع التحكم في اتجاه الكريستال، فيمكنك الحصول على بعض الفيزياء الجديدة الجميلة حقًا، لأن التفاعلات بين الطبقات معدلة. “
ومع ذلك، فإن عملية الاكتشاف محدودة وبطيئة، لأنه يجب على العلماء أولاً تجميع هذه المجموعات بشق الأنفس واختبارها واحدة تلو الأخرى.
شرع علماء جامعة شيكاغو في معالجة هذه المشكلة. بقيادة البروفيسور جيوونج بارك، الخبير في المواد النانوية، ابتكرت المجموعة بالفعل طريقة لصنع صفائح معقدة رقيقة ذريًا وتقشيرها وتكديسها معًا.
الآن هم بحاجة إلى طريقة لأتمتة هذه العملية.
استخدم العلماء هذه الطريقة لإنشاء صورة هي الأولى من نوعها لـ “نسيج” ذري لبلورة مُجمَّعة بأربع درجات من الدوران بين أربع طبقات. الائتمان: الصورة مجاملة Mannix et al.
لقد أرادوا صنع نوع من خط التجميع الصغير، لكن كل مكون من مكونات عملية التصنيع جاء مع تحدياته الخاصة.
أولاً، كان على العلماء اكتشاف طريقة لتقطيع أوراقهم بدقة إلى الأشكال التي يريدونها بالضبط، وهو أمر يصعب القيام به بشكل نظيف دون كسر أو إتلاف الملاءات.
قال أندرو يي ، حاصل على درجة الدكتوراه: “من خلال التجريب، وجدنا تقنية يمكنها تحقيق نقش لمساحات كبيرة، بدقة عالية جدًا ودون تلويث المادة”. طالب في مختبر بارك والمؤلف الأول المشارك الآخر للورقة.
كان التحدي التالي هو صنع “يد” إنسان آلي قادرة على المناورة بهذه الألواح الهشة للغاية.
قال مانيكس: “كنت بحاجة إلى العثور على بوليمر دقيق بما يكفي لالتقاط الألواح، ولكنه قادر أيضًا على تركها مرة أخرى – بلطف وفي المكان الصحيح بالضبط.”
لقد توصلوا إلى “يد” مصنوعة من البوليمرات اللينة التي تتفكك عند تعرضها للحرارة أو الأشعة فوق البنفسجية. بمجرد وضع الورقة بدقة، تذوب اليد وتسقط الورقة في مكانها.
باستخدام هذا النظام، يمكن للعلماء الآن برمجة خط التجميع الخاص بهم لإنشاء بنية مادية من عشرات الطبقات المختلفة، والمشي بعيدًا، والعودة إلى عينة مكتملة جاهزة للاختبار في غضون دقائق.
لا يقتصر الأمر على دقة النظام فحسب، بل إنه يوفر أيضًا خيارات واسعة للتخصيص، بما في ذلك القدرة المطلوبة لتدوير كل ورقة متتالية بزوايا مختلفة.
قال بارك، الذي تم تعيينه في كل من قسم الكيمياء وكلية بريتزكر للهندسة الجزيئية: “عندما بدأنا النظر في هذه المشكلة، بدا أنه من غير المتصور أن نتمكّن من أتمتة هذه المشكلة”.
يجب أن يؤدي هذا إلى تسريع وتيرة الاكتشاف إلى حد كبير. إنه يشبه إلى حد ما الفرق بين كتابة كتاب حرفًا بحرف مقابل استخدام آلة طباعة.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
