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以“蚂蚁桥”为灵感的纳米粒子组装修复损坏电路!

  群居昆虫群体具有自组织能力,能够通过个体间的相互作用于完成复杂的任务。例如,为了跨越巨大的间隙,蚂蚁将抓住彼此的身体并形成一个活的桥梁,允许蚁群到达另一侧。

受到蚁群行为的启发,香港中文大学的科学家们开发了纳米粒子自组装系统。损坏的电路可以修复。由氧化铁制成的纳米颗粒是磁性的并且可以通过磁场控制。它们涂有一层导电金。在外部磁场的作用下,纳米颗粒可以自组织成条形导电结构。

可以通过微调磁场来控制纳米粒子带的长度和厚度。当磁场关闭时,色带“干燥”成硬质结构。这种“微观人口”系统通过在两个断开的电极之间建立稳定和永久的导电路径,模仿蚂蚁桥的结构和功能,展示了修复受损微尺度电路的能力。这项研究是科学和技术如何从自然中汲取灵感的一个有趣例子。与蚁群类似,大量纳米粒子可以一起工作以完成单个纳米粒子无法完成的任务。

目前,纳米粒子条只能用于固定二维表面上的破碎电路。该系统的未来发展应该集中于提高纳米粒子组装的准确性,并且可以开发跨越三维间隙的连接方法,从而实现类似于蚂蚁桥的连接。在机器人系统中模拟这种集体行为有望在各种工程领域带来好处,并通过详细的算法和物理设计实现。然而,开发具有小规模集团级功能的群组机器人系统仍然是一个挑战。在该研究中,使用顺磁性和导电的功能化磁铁矿纳米颗粒作为组件来实现模拟蚂蚁桥的结构和功能的微组系统。

尽管应用了程式化的振荡磁场,但是这些构建块被重新配置成条状微组,其可以实现高纵横比的可逆扩展,使得电极能够与功能化纳米颗粒体断开。在电子之间构造导电通道。此外,还证明了微组作为微动开关,修复损坏的微电路,构成了柔性电路,在电子领域具有广阔的应用前景。