Французские инженеры построили самый маленький в мире дом

Французская команда инженеров Института Femto-ST в Безансоне (Франция) изобрела и сконструировала новую систему микроскопических роботов, которая значительно расширила границы возможностей оптических нанотехнологий. Сделав комбинацию из нескольких уже существующих разработок, «фабрика» наноботов μRobotex смогла создать сложные микроструктуры в вакуумной камере, после чего зафиксировала их на кончиках оптического волокна с нанометровой точность.

До сих пор технологии Lab-on-fiber не имели роботизированных приводов для наносборки, поэтому работа в этом масштабе мешала инженерам создавать микроструктуры. Теперь миниатюрные чувствительные элементы могут быть установлены на кончиках оптических волокон, что позволяет видеть микропроцессы и манипулировать ими с высокой точностью. Область применения этой технологии очень широка: поскольку волокна тоньше человеческого волоса, они могут проникать сквозь кровеносные сосуды для оптического обнаружения бактерий и вирусов, а также, к примеру, могут использоваться для сверхточной калибровки космических кораблей будущего.

Проверить эффективность новой технологии решила команда французских материаловедов под руководством Джоэла Агнуса из Университета Бургундии — Франш-Конте. Они использовали систему μROBOTEX, состоящую из сканирующего электронного микроскопа с большой камерой, в которой располагаются установка с фокусируемым ионным пучком, система газовой инжекции, а также микроманипулятор с шестью степенями свободы.

С помощью системы ученые создали миниатюрную модель дома длиной около 25 микрометров. Для этого в листе кремния была вырезана развертка дома, после чего стены самостоятельно собрались из плоского листа в единую конструкцию, изгибаясь под действием облучения ионами, рассказывают авторы в журнале Journal of Vacuum Science & Technology A.

Для того чтобы создать дом с помощью этих инструментов, исследователи взяли кремниевую пластину толщиной 1,2 микрометра. С помощью ионного пучка в ней вырезали шаблон дома с четырьмя стенами, в которых тем же методом прорезали окна и дверь. После этого с помощью техники, напоминающей технику оригами, авторы собрали объемные стены из плоского шаблона. Вместо сгибов в бумажном листе ученые утончали стыки между основанием и каждой стеной с помощью облучения ионами галлия.

Сборка стен дома

Принцип сборки такого «оригами» основан на том, что при определенной для каждого материала толщине он начинает самопроизвольно изгибаться из-за облучения. Это происходит из-за того, что ионы галлия проникают вглубь образца и в основном нагревают нижнюю часть пластины. В результате в ней образуются две зоны — горячая и холодная — которые расширяются с разной интенсивностью. Это приводит к тому, что пластина изгибается в месте утончения и стены поднимаются в нужное положение из плоского шаблона.

Принцип изгиба пластины с помощью облучения ионами

После этого дом сварили по швам концом оптического волокна с помощью газового напыления. Затем из кремниевой пластины аналогично стенам вырезали две части крыши, которые поднесли к дому с помощью микроманипулятора и приварили напылением. Также исследователи прикрепили к одному из скатов крыши трубу и в результате получили миниатюрный дом размером около 25 микрометров на торце оптического волокна.

Дом на конце оптоволокна