การวิจัยใหม่ตระหนักถึงการประมวลผลด้วยเลเซอร์ Femtosecond ของไมโครแมชชีนแบบหลายข้อต่อ

ทีมงานของ Wu Dong ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ที่ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมไมโครและนาโนของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ได้เสนอกลยุทธ์การประมวลผลของเลเซอร์ femtosecond 2-ใน-1 การเขียนวัสดุหลายชนิดเพื่อ ประดิษฐ์ข้อต่อทางกลขนาดเล็กซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจลที่ไวต่ออุณหภูมิและอนุภาคนาโนของโลหะ และต่อมาได้พัฒนาเครื่องจักรไมโครรูปทรงคล้ายมนุษย์แบบหลายข้อต่อที่มีโหมดการเปลี่ยนรูปหลายรูปแบบ (>10) ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีพอลิเมอไรเซชันสองโฟตอนด้วยเลเซอร์ femtosecond ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีฟังก์ชันต่างๆ ในฐานะวิธีการประมวลผลสามมิติที่แท้จริงด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตร โครงสร้างจุลภาคเหล่านี้แสดงการใช้งานที่มีแนวโน้มในด้านไมโครและนาโนออปติก ไมโครเซนเซอร์ และระบบไมโครแมชชีน อย่างไรก็ตาม ยังคงเป็นเรื่องท้าทายที่จะตระหนักถึงการประมวลผลวัสดุหลายชนิดแบบคอมโพสิตด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที และสร้างเครื่องจักรไมโครนาโนที่มีหลายรูปแบบต่อไป
กลยุทธ์การประมวลผลแบบสองในหนึ่งด้วยเลเซอร์ Femtosecond ประกอบด้วยการสร้างข้อต่อไฮโดรเจลโดยใช้พอลิเมอไรเซชันสองโฟตอนแบบไม่สมมาตร และการสะสมตัวลดด้วยเลเซอร์ของอนุภาคนาโนเงินในบริเวณที่มีการแปลของข้อต่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โฟโตพอลิเมอไรเซชันแบบอสมมาตรสร้างแอนไอโซโทรปีในความหนาแน่นของการเชื่อมขวางในพื้นที่เฉพาะของข้อต่อไมโครไฮโดรเจล ซึ่งในที่สุดจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปการดัดงอที่ควบคุมได้ในทิศทางและเชิงมุม การสะสมแบบรีดิวตีด้วยเลเซอร์ในแหล่งกำเนิดช่วยให้สามารถประมวลผลอนุภาคนาโนเงินบนข้อต่อไฮโดรเจลได้อย่างแม่นยำ อนุภาคนาโนเงินเหล่านี้มีเอฟเฟกต์การแปลงความร้อนใต้แสงที่รุนแรง ซึ่งช่วยให้การสลับโหมดของไมโครแมชชีนแบบหลายข้อต่อเพื่อแสดงเวลาตอบสนองที่สั้นเป็นพิเศษ (30 มิลลิวินาที) และกำลังขับเคลื่อนต่ำเป็นพิเศษ (<10 mW).
ตามตัวอย่างทั่วไป ข้อต่อไมโครแปดข้อต่อถูกรวมเข้ากับเครื่องไมโครแมชชีนคล้ายมนุษย์ จากนั้นนักวิจัยใช้การปรับแสงเชิงพื้นที่เพื่อให้ได้ลำแสงหลายโฟกัสในพื้นที่ 3 มิติ ซึ่งจะกระตุ้นข้อต่อแต่ละจุดได้อย่างแม่นยำ การเปลี่ยนรูปที่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างข้อต่อต่างๆ ทำให้ไมโครแมชชีนรูปทรงคล้ายมนุษย์ดำเนินการโหมดการเปลี่ยนรูปที่สามารถกำหนดค่าใหม่ได้หลายโหมด ท้ายที่สุดแล้ว ไมโครแมชชีนรูปทรงมนุษย์จะ "เต้น" ในระดับไมโครมิเตอร์
ในการพิสูจน์แนวคิด โดยการออกแบบทิศทางการกระจายและการเสียรูปของข้อต่อไมโคร ไมโครแมนิปูเลเตอร์แบบสองข้อต่อสามารถรวบรวมอนุภาคขนาดเล็กหลายตัวในทิศทางเดียวกันและต่างกัน โดยสรุป กลยุทธ์การประมวลผลแบบทูอินวันด้วยเลเซอร์ femtosecond สามารถสร้างข้อต่อไมโครที่เปลี่ยนรูปได้ในพื้นที่ของโครงสร้างไมโคร 3 มิติต่างๆ ทำให้เกิดโหมดการเปลี่ยนรูปที่สามารถกำหนดค่าใหม่ได้หลายโหมด
ตามที่นักวิจัยระบุว่า micromanipulators ที่มีโหมดการเปลี่ยนรูปหลายรูปแบบจะแสดงการใช้งานที่มีแนวโน้มในการเก็บรวบรวมสินค้าขนาดเล็ก การจัดการกับไมโครฟลูอิดิก และการจัดการเซลล์