Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли разработали миниатюрный, но мощный привод, который может действовать как манипулятор с крошечными пальцами. Каждый микропривод изготовлен из оксида ванадия. Он сгибается и разгибается при локальном изменении температуры на 15°С. При круговом размещении элементов получается манипулятор диаметром около 50 микрон – смотрите видео.

Как часто бывает в науке, изобретение получилось благодаря случайности и наблюдательности исследователей.

Диоксид ванадия изучался на протяжении десятилетий. В основном учёных привлекало скачкообразное изменение его магнитных, электрических и оптических свойств, наблюдаемое в точке фазового перехода.

При температуре 67°С и выше проводимость диоксида ванадия возрастает в сто тысяч раз и он перестаёт быть диэлектриком. Долго время велись научные споры о том, каков механизм другого наблюдаемого в это же время эффекта: материал сжимается в одном измерении, но расширяется в двух других.

Ситуация прояснилась, когда один из нанопроводов оторвался от контакта с электродом во время структурного фазового перехода. В ходе дальнейшего изучения сотрудниками Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли было установлено, что эффекты возникают независимо и ими можно управлять по отдельности.

Тогда возникла идея найти практическое применение резким пространственным изменениям. Свободно расположенные полоски из диоксида ванадия были покрыты металлическим хромом и фиксировались в различном положении.

Вскоре стало очевидно, что при нагреве полосок при помощи электрического тока или импульса лазера они предсказуемо изгибаются, действуя как искусственные пальцы. Такой манипулятор значительно меньше существующих пьезоэлектрических аналогов и в то же время гораздо сильнее их.

Микропривод из диоксида ванадия (изображение: Lawrence Berkeley National Lab.)
Микропривод из диоксида ванадия (изображение: Lawrence Berkeley National Lab.)

Захват микроскопических объектов и их перемещение одинаково хорошо работаею в воздушной среде и различных растворах. Все манипуляции можно контролировать с помощью оптического микроскопа, что неоценимо для биологических исследований.

Разработка представляет интерес не только в областях, требующих точных манипуляций в микроскопических масштабах. На основе использованного принципа возможно создание искусственных мышц для роботов и конструирование более избирательных систем доставки лекарств.