微型浮动机器人可以以各种方式使用，例如，探测人类肠道疾病或搜索环境中的污染物。为了实现这种设备，研究人员描述了一种新的材料结合，将超薄2-D电子技术与微型颗粒相结合，创造出微观机器。
研究人员将于今天在第255届美国化学学会(ACS)全国会议和博览会上展示他们的作品。
“你可以制造单个原子厚度的电子电路，这种电路非常薄，”迈克尔斯特拉诺博士说。“迄今为止没有人想到过这种电子产品并将它们接枝到胶体颗粒上的一种创造性用途。这种颗粒可以像空气一样漂浮在空气中，具有简单的计算功能。你可以将这些新的电子设备带到他们无法访问的环境。“
作为第一步，研究人员需要为颗粒涂层开发一套兼容的电子元件，以形成封闭的自主电路。“这很难做到，”麻省理工学院Strano小组研究员Volodymyr Koman博士说。“我们经历了许多不同的设备，以满足一定的功率和能源需求。”
最后，Strano的团队选择了一种生物相容材料SU-8，用于测微尺寸的颗粒，并对其进行光刻蚀刻，以形成由电源，探测器和存储设备组成的闭合电路。所述电源是MoS 2和WSE2的pn异质结可光转换成电流。MoS2和WSe2都是二维半导体。探测器是一个化学电阻器，一个独特的MoS2单层，设计用于响应环境因素改变其电阻。电输出存储在存储器装置中，该存储器装置由夹在金和银电极之间的单独的MoS2薄片层组成。
由于粒子的移动性和稳定性将是所提出的应用的重要部分，因此研究人员首先检查电子粒子是否能够以及在多大程度上传播。重要的是，与类似材料相比，2-D材料具有更高的应变极限。研究人员将它们雾化并将它们推向目标; 该微小颗粒飞到两英尺的高度。
研究人员设想了这些微型飞行器的一系列用途。科曼说，目前大面积监测细菌，孢子，烟雾，灰尘或有毒烟雾需要大量资源。卫星或一队飞行无人机可以完成这些任务，但它们很昂贵，而地面传感器需要劳动密集型安装，与气溶胶扩散速度相比，这通常很慢。“作为替代方案，我们引入了可气雾化电子设备的概念，”他说。作为一个例子，研究人员测试了模拟天然气管道中的微型设备。飞行器成功通过测试室并沿途检测到碳微粒或挥发性有机化合物的存在，并将此信息存储在存储器中。
“我们在你的自行车上放置了小型回射器 - 就像你在自行车上一样 - 它们反射光线，让我们能够快速找到粒子，”科曼说。捕获后，研究人员从粒子中下载了信息。“对于读数，粒子具有指定的金属连接，如插座：一旦插入两个探头，就可以读出设备的状态。” 然后可以擦拭存储器，以便可以重复使用微型机器。
研究人员接下来的步骤是开发用于其他应用的颗粒，包括作为人体消化系统的监测器。“这是正确的想法和正确的时间，”斯特拉诺说。“把它们想象成原型机器人。”