Arus Listrik dari Mikropartikel

Mengambil keuntungan dari fenomena yang dikenal sebagai perilaku mikro-muncul, para insinyur MIT telah menciptakan partikel mikro dasar yang secara kolektif dapat menghasilkan aktivitas canggih, seperti membangun terowongan koloni semut atau mencari makan. Ketika mikropartikel bekerja sama, mereka dapat membuat jam yang berosilasi pada frekuensi yang sangat rendah. Para peneliti telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menggunakan osilasi ini untuk memberi daya pada perangkat robot kecil.

“Perilaku ini dapat diterjemahkan ke dalam sinyal listrik berosilasi built-in, yang selain menarik bagi fisika, bisa sangat efektif dalam otonomi mikrorobotik. Banyak bagian listrik membutuhkan input osilasi semacam ini, termasuk Jingfan Yang, lulusan MIT baru-baru ini dan salah satu penulis utama penelitian ini, "tambah.

Partikel komponen osilator baru terlibat dalam mekanisme kimia sederhana yang memungkinkan mereka berkomunikasi satu sama lain dengan membentuk dan memecahkan gelembung gas kecil. Interaksi ini, di bawah kondisi yang tepat, menghasilkan osilator yang berdetak dengan interval beberapa detik, seperti jam.

Menurut Michael Strano, Profesor Teknik Kimia di MIT, "Kami mencoba mencari aturan atau properti yang sangat sederhana yang dapat Anda kodekan ke dalam mesin mikrorobotik yang relatif sederhana sehingga kami dapat meminta mereka melakukan tugas yang sangat canggih secara massal."

Thomas Berrueta, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Northwestern di bawah bimbingan Profesor Todd Murphey, adalah rekan penulis studi dengan Yang.

Koloni serangga seperti semut dan lebah dapat melakukan tugas yang tidak pernah dapat diselesaikan oleh satu anggota kelompok, yang merupakan contoh perilaku yang muncul.

“Semut memiliki otak yang kecil dan melakukan fungsi kognitif yang sangat mendasar, tetapi ketika mereka bekerja sama, mereka dapat melakukan hal-hal yang menakjubkan. Mereka dapat mengumpulkan makanan dan membuat sistem terowongan yang rumit ini,” kata Strano. “Fisikawan dan insinyur seperti saya ingin memahami aturan ini karena itu berarti kita dapat menciptakan makhluk kecil yang bekerja sama untuk menyelesaikan tugas-tugas kompleks.”

Dalam proyek ini, tujuannya adalah untuk menciptakan partikel yang dapat menghasilkan osilasi atau gerakan berirama pada frekuensi yang sangat rendah. Sampai saat ini, membuat osilator mikro frekuensi rendah membutuhkan elektronik yang mahal dan kompleks atau bahan khusus dengan kimia yang kompleks.

Untuk penelitian ini, para peneliti membuat cakram berdiameter 100 mikron sebagai partikel elementer. Patch platinum pada cakram berbasis polimer SU-8 dapat mempercepat konversi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

Partikel cenderung bergerak menuju bagian atas tetesan hidrogen peroksida ketika ditempatkan pada permukaan tetesan pada permukaan yang datar. Mereka berinteraksi dengan partikel lain dalam kontak cair-udara. Setiap partikel menciptakan gelembung kecil oksigen, dan ketika kedua partikel cukup dekat untuk berinteraksi, gelembung pecah dan partikel terpisah. Proses kemudian dimulai kembali dengan pembentukan gelembung baru.

Ketika partikel bekerja sama, Yang mengatakan, "mereka dapat melakukan sesuatu yang sangat fantastis dan berguna, yang sebenarnya sulit dicapai pada skala mikro. Sebuah partikel sendiri tetap tidak bergerak dan tidak melakukan apa pun yang menarik.

Para ilmuwan telah menemukan bahwa dua partikel dapat membuat osilator yang cukup andal, tetapi ritme menjadi tidak menentu karena lebih banyak partikel ditambahkan. Namun, penambahan satu partikel yang sedikit berbeda dari yang lain dapat berfungsi sebagai "pemimpin" yang mengatur ulang partikel lain dalam osilator berirama.

Partikel pemimpin ini berukuran sama dengan partikel lainnya, tetapi karena mengandung lapisan platina yang sedikit lebih besar, ia dapat menghasilkan gelembung oksigen yang lebih besar. Hal ini memungkinkan partikel ini untuk bermigrasi ke pusat cluster, di mana ia mengontrol osilasi dari semua partikel lainnya. Para peneliti menemukan bahwa mereka dapat membuat osilator dengan setidaknya 11 partikel menggunakan metode ini.

Osilator ini memiliki frekuensi mulai dari 0,1 hingga 0,3 hertz, tergantung pada jumlah partikel; ini setara dengan osilator frekuensi rendah yang mengontrol proses biologis seperti berjalan dan detak jantung.

Arus berosilasi

Para peneliti juga mendemonstrasikan bagaimana mereka dapat menggunakan ketukan berirama dari partikel-partikel ini untuk menciptakan arus listrik yang berosilasi. Untuk mencapai hal ini, mereka menggunakan sel bahan bakar platinum dan rutenium atau emas, bukan katalis platinum. Tegangan sel bahan bakar diubah menjadi arus berosilasi oleh osilasi mekanis partikel yang secara ritmis mengubah resistansi dari satu ujung sel bahan bakar ke ujung lainnya.

Dalam beberapa situasi, seperti saat menyalakan robot berjalan mini, akan lebih menguntungkan untuk menghasilkan arus berosilasi daripada arus konstan. Metode ini telah digunakan oleh para peneliti MIT untuk menunjukkan bahwa mereka dapat menggerakkan aktuator mikro yang bertindak sebagai kaki robot berjalan kecil yang sebelumnya dibuat oleh para peneliti Cornell University. Sumber laser model pertama membutuhkan arus yang diayunkan oleh manusia, menargetkannya secara bergantian di setiap rangkaian kaki. Dengan menggunakan kawat untuk mentransmisikan arus dari partikel ke aktuator, peneliti MIT menunjukkan bahwa arus osilasi bawaan yang dibuat oleh partikelnya dapat memberi daya pada gerakan siklik kaki mikrorobotik.

Menurut Strano, ia mendemonstrasikan bagaimana osilasi mekanis dapat diubah menjadi osilasi listrik, yang kemudian dapat digunakan untuk menjalankan tugas robotik.

Mengontrol kawanan robot otonom kecil yang dapat digunakan sebagai sensor untuk memantau polusi air adalah salah satu potensi penggunaan teknologi jenis ini.

Sumber: techxplore

Günceleme: 13/10/2022 19:56