機器人輔助組裝可加快發現新技術和新材料

相關論文最近發表在《自然-納米技術》上。研究人員表示，這個過程是完全自動化的，你可以對它進行編程，然后走開。以前，如果你想嘗試10種不同的材料排列組合，這一切都要靠手工完成，這需要幾周的勞動，現在可以在一個小時內完成。他們希望這能通過減少繁瑣的勞動，在這一激動人心的領域開辟新的探索路線。

二維材料領域涉及堆疊每個只有幾個原子厚的薄片。當層數如此之薄時，即使是普通材料也經常產生令人驚訝的新行為。例如，當兩層材料以一個"神奇"的角度垂直堆疊時，碳突然顯示出超導性，即無瑕疵導電的能力。科學家們對將不同種類二維材料堆疊在一起特別感興趣，如果你能采取這些層，并在控制晶體方向的情況下將它們堆疊起來，你可以得到一些真正美麗的新物理學，因為層之間的相互作用被修改了。

然而，發現過程是有限和緩慢的，因為科學家們必須首先辛苦地組裝這些組合，并逐一進行測試。芝加哥大學的科學家們著手解決這個問題。在納米材料專家Jiwoong Park教授的領導下，該小組已經發明了一種制造復雜的原子級薄片的方法，并將它們剝開，堆疊在一起。現在他們需要一種方法來實現這一過程的自動化。

他們想制造一種微小的裝配線，但制造過程的每個組成部分都有其自身的挑戰。首先，科學家們必須找出一種方法，將他們的板材精確地切割成他們想要的確切形狀，這很難在不打破或損壞板材的情況下干凈地完成。通過實驗，他們找到了一種技術，可以實現大面積的圖案，具有非常高的精度，并且不會污染材料。

下一個挑戰是制作一個能夠操縱這些極其脆弱的薄片的機器人，需要找到一種聚合物，它要足夠精確地拿起這些薄片，但也要能夠再次把它放下來，輕輕地放在準確的位置。他們想出了一種由柔軟的聚合物制成的"手"，這種聚合物在受熱或紫外線照射時就會分解。一旦片材被準確定位，手就會溶解，片材就會落到原位。

有了這個系統，科學家們現在可以對他們的裝配線進行編程，使其制造出具有幾十個不同層次的材料結構，并在幾分鐘內回來，準備測試成品樣品。該系統不僅非常精確，而且還提供了廣泛的定制選項，包括令人羨慕的以不同角度旋轉每個連續薄片的能力。