世界上最小的折纸鸟!微米级电可编程形状记忆微机器人执行器
【导读】：
形状记忆致动器允许从机器人到医疗植入物的各种机器保持其形状而无需连续通电，这一功能在这些设备不受束缚且功率受限的情况下尤其有利。尽管先前的工作已经证明了使用聚合物，合金和陶瓷的形状记忆执行器，但对微米级电子形状记忆执行器的需求仍未得到满足，尤其是可以由标准电子设备（约1伏）驱动的电子执行器。
本文报告了一种新型的快速，高曲率，低压，可重构，微米级形状记忆执行器。它们通过铂表面的电化学氧化/还原起作用，在氧化层中产生导致弯曲的应变。它们弯曲到任何电控微执行器的最小曲率半径（约500纳米），速度快（100毫秒运行）并证明了这些形状记忆执行器可用于创建基本的电可重构微尺度机器人元件，包括驱动表面，基于折纸的三维形状，变形超材料和机械存储元件。该形状记忆执行器具有实现自适应微尺度结构，可生物植入设备和微型机器人的潜力。
SEA折成折纸鸭。
如果要构建功能齐全的纳米级机器人，则需要整合多种功能，从复杂的电子电路和光电到传感器和天线。但同样重要的是，如果您希望机器人运动，则需要它能够弯曲。
康奈尔大学的研究人员创建了微米大小的形状记忆执行器，该执行器使原子薄的二维材料能够将自己折叠成3D构造。他们所需要的只是快速震荡电压。一旦材料弯曲，它就保持其形状-即使在去除电压后也是如此。
作为演示，该团队创造了可能是世界上最小的自折叠折纸鸟。
该小组的论文"用于低功率微机器人的微米级电可编程形状记忆执行器"已于3月17日在《科学机器人》杂志上发表，并在封面上进行了介绍。该论文的主要作者是博士后研究员刘庆坤。
康奈尔大学的研究人员创建了微米大小的形状记忆执行器，该执行器使原子薄的二维材料能够将自己折叠成3D构造。
麦克尤恩说："我们人类，我们的主要特征是，我们已经学会了如何在人类规模以及巨大规模上构建复杂的系统和机器。""但是我们还没有学到怎么做，就是在很小的规模上建造机器。这是人类可以做什么的基础性，根本性发展的一步，即学习如何构造像细胞一样小的机器。"
基于kirigami/折纸的微机械和微结构设计。
（A-C）基于Kirigami的双稳态微机械。（D，E）基于折纸的Miura-Ori和鸭子微观结构（F）机械存储阵列。
到目前为止，McEuen和Cohen的持续合作已产生了许多纳米级的机器和组件，它们看起来比上一代更快，更智能，更优雅。
"我们希望有一个微观的机器人，但大脑要装满大脑。因此，这意味着您需要具有由互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管驱动的附件，该晶体管基本上是机器人上的计算机芯片，而机器人上的芯片只有100微米。方面，"科恩说。
想象一下，一百万个制造的微型机器人从晶圆上松开后会折叠成形状，自由爬行并完成其任务，甚至组装成更复杂的结构。这就是愿景。
科恩说："最困难的部分是制造能够响应CMOS电路的材料。""这就是Qingkun和他的同事对这种形状记忆执行器所做的工作，您可以用电压驱动它并使它保持弯曲的形状。"
这些致动器可以弯曲的曲率半径小于微米，即任何电压驱动致动器的最高曲率一个数量级。这种灵活性之所以重要，是因为微观机器人制造的基本原理之一是，机器人的尺寸取决于各种附件的折叠程度。弯头越紧，折痕越小，每台机器的占地面积就越小。同样重要的是，这些弯头可以由机器人固定，以最大程度地降低功耗，这一功能对于微型机器人和机器特别有利。
Cohen和McEuen赞扬Liu的化学背景，给该项目带来了额外的震撼，以扎根电化学反应背后的科学，这种反应使材料能够折叠并保持其形状。
刘说："在如此小的规模上，它不像传统的机械工程，而是化学，材料科学和机械工程混合在一起。"
机器甚至可以在去除电压后也能保持这种形状，因为嵌入的氧原子会聚在一起形成势垒，从而阻止它们扩散出去。
"非常值得注意的一件事是，与一张纸相比，这些微小的层只有约30个原子厚，而纸的厚度可能为100,000个原子。因此，弄清楚如何制作具有这种结构的东西是一项巨大的工程挑战。纳米级科学和微系统工程（NEXTNano）工作组的共同主席McEuen说，他是教务长的自由基协作计划的一部分，并领导了康奈尔大学纳米级科学的Kavli研究所。
采用SEA的多稳态微定位器，折纸，超材料和存储阵列。
这种可预测的行为允许设计具有受控多稳态配置的微机器人元件。SEA与标准的平面半导体制造工艺兼容，可以始终如一且可扩展地创建由许多促动器组成的复杂结构机器可以在100毫秒内快速折叠。它们还可以展平并重新折叠数千次。他们只需要一个电压就可以为生活供电。
该团队因制造最小的步行机器人而被吉尼斯世界纪录所认可。现在，他们希望用一只只有60微米宽的新型自折叠折纸鸟来捕捉新的记录。
总结：
演示的微形状记忆执行器可以并行制造，并采用标准材料和光刻工艺制造，从而导致了许多潜在的应用。曲率其光波长尺寸的半径可以被利用，以建立纳米光子器件诸如机械可重构光超材料和metasurfaces和自适应拓扑光子。通过利用基于折纸和折纸的机制，可以设计夹具和其他操纵装置，用于显微外科手术。最后，SEA标准制造协议允许与微电子电路和传感器轻松集成，并且它们的形状记忆操作允许它们在不持续使用功率的情况下运行。这些特性对于微观机器人的设计和制造将是无价的。
应用与进展
该团队目前正在努力将其形状记忆执行器与电路集成在一起，以制造具有可折叠腿的行走机器人以及通过向前波动而移动的片状机器人。这些创新可能有一天会导致纳米Roomba型机器人能够清除人体组织中的细菌感染，可以改变制造业的微型工厂以及比当前设备小十倍的机器人手术器械。
"科恩博士和他的团队正在突破我们可以在微米甚至纳米尺度上控制运动的速度和精确度的界限，"美国陆军作战司令部陆军研究办公室项目经理迪恩·卡尔弗说。能力发展司令部的陆军研究实验室为研究提供了支持。"除了为纳米机器人铺平道路之外，这项工作的科学进步还可以实现智能材料设计以及与分子生物学世界的互动，从而可以前所未有地为陆军提供帮助。"
