Un equipo francés de nanorrobótica del Instituto Femto-ST ha ensamblado un sistema de micro-robótica que impulsa las fronteras de las nanotecnologías ópticas. Una casa nanométrica es la prueba.
Combinando varias tecnologías existentes, la nanofactoría μRobotex construye microestructuras en una gran cámara de vacío y fija componentes en puntas de fibra óptica con precisión nanométrica. en concreto, el techo de tejas de la microcasa muestra la nueva capacidad de la pistola de iones para centrarse en un área de 300 por 300 micrómetros.
La construcción de la microcasa, reportada en el Journal of Vacuum Science and Technology A, demuestra cómo los investigadores pueden avanzar las tecnologías de detección óptica cuando manipulan cañones de iones, haces de electrones y pilotos robóticos controlados con precisión. Hasta ahora, las tecnologías de laboratorio en fibra no tenían actuadores robóticos para nanoensamblaje, por lo que trabajar a esta escala inhibía a los ingenieros de construir microestructuras.
Esta innovación permite que se instalen elementos de detección miniaturizados en las puntas de fibra para que los ingenieros puedan ver y manipular los diferentes componentes. Con este avance, se pueden insertar fibras ópticas delgadas como el cabello humano en lugares inaccesibles como los motores a reacción y los vasos sanguíneos para detectar niveles de radiación o moléculas virales.
"Por primera vez pudimos realizar diseños y ensamblaje con menos de 2 nanómetros de precisión, lo cual es un resultado muy importante para la comunidad de robótica y óptica", dijo Jean-Yves Rauch, autor del artículo.
Los ingenieros franceses combinaron todos los componentes tecnológicos para el nanoensamblaje –un haz de iones enfocado, un sistema de inyección de gas y un robot pequeño y maniobrable–, en una cámara de vacío e instalaron un microscopio para ver el proceso de ensamblaje. "Decidimos construir la microcasa en la fibra para mostrar que podemos realizar estos ensamblajes de microsistemas sobre una fibra óptica con alta precisión", dijo Rauch.
Construir una microcasa es como hacer un dado gigante de una hoja de papel, pero el nanoensamblaje requiere herramientas más sofisticadas. El haz de iones enfocado se usa como tijeras para cortar o marcar el "papel" de la membrana de sílice de la casa. Una vez que las paredes se pliegan en su posición, se selecciona una configuración de potencia más baja en la pistola de iones, y el sistema de inyección de gas se adhiere a los bordes de la estructura.
El rayo de iones de baja potencia y la inyección de gas chisporrotean suavemente un patrón de mosaico en el techo, un detalle que enfatiza la precisión y flexibilidad del sistema.
En este proceso, la pistola de iones tuvo que centrarse en un área de solo 300 micrómetros por 300 micrómetros para disparar iones en la punta de la fibra y la membrana de sílice. "Es muy difícil pilotar el robot con alta precisión en este punto de cruce entre los dos haces", dijo Rauch.
Explicó que dos ingenieros trabajaron en múltiples computadoras para controlar el proceso. Muchos pasos ya están automatizados, pero en el futuro el equipo espera automatizar todas las etapas robóticas del ensamblaje.
Ahora, utilizando el sistema μRobotex, estos ingenieros están construyendo microestructuras funcionalizadas para detectar moléculas específicas al unir sus microestructuras a fibras ópticas. El equipo de nanorrobótica espera impulsar aún más los límites de la tecnología, construyendo estructuras más pequeñas y fijándolas en nanotubos de carbono, de solo 20 nanómetros a 100 nanómetros de diámetro.