বিপরীতে, MIT দলের নতুন উপাদান মাইক্রোন-স্কেল নির্ভুলতার সাথে আরও জটিল এবং বিকৃত কাঠামোতে তৈরি করা যেতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি একটি চৌম্বকীয় মিলিবোটকে পৃথক বৈশিষ্ট্যগুলি সরাতে এবং আরও জটিল কৌশল সম্পাদন করতে দেয়।
“আমরা এখন এমন উপাদানগুলির সাথে একটি নরম এবং জটিল 3D স্থাপত্য তৈরি করতে পারি যা একই মাইক্রোস্কোপিক কাঠামোর মধ্যে জটিল উপায়ে সরাতে এবং বিকৃত করতে পারে,” বলেছেন গবেষণা লেখক কার্লোস পোর্টেলা, এমআইটি-তে যান্ত্রিক প্রকৌশলের জন্য রবার্ট এন. নয়েস৷ “নরম মাইক্রোস্কোপিক রোবোটিক্স, বা উদ্দীপনা-প্রতিক্রিয়াশীল উপাদানের জন্য, এটি একটি খেলা পরিবর্তন করার ক্ষমতা হতে পারে।”
এমআইটি অধ্যয়নের সহ-লেখকদের মধ্যে স্নাতক ছাত্র রাচেল সান এবং অ্যান্ড্রু চেন, ইপিএফএল-এর ইমিং জি এবং ড্যারিল ই এবং সিনসিনাটি বিশ্ববিদ্যালয়ের এরিক স্টুয়ার্টের সাথে অন্তর্ভুক্ত।
একটি ঝলকানি মধ্যে
এমআইটি-তে, পোর্টেলার গ্রুপ নতুন মেটাম্যাটেরিয়ালস তৈরি করছে – অনন্য, আণুবীক্ষণিক আর্কিটেকচারের সাথে ইঞ্জিনিয়ার করা উপাদান যা সাধারণের বাইরে উপাদান বৈশিষ্ট্যের দিকে নিয়ে যায়। পোর্টাল এই ধরনের বিভিন্ন ধরনের মেটাম্যাটেরিয়াল তৈরি করেছে, যার মধ্যে রয়েছে অত্যন্ত শক্ত এবং প্রসারিত আর্কিটেকচার এবং ডিজাইন যা শব্দকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে এবং হিংসাত্মক প্রভাব সহ্য করতে পারে।
সম্প্রতি, তিনি তার গবেষণাকে “প্রোগ্রামেবল” উপকরণগুলিতে প্রসারিত করেছেন, যা কিছু নির্দিষ্ট রাসায়নিক, আলো, এবং বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্রগুলির মতো উদ্দীপনার প্রতিক্রিয়াতে তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করতে ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে।
কর্মীদের দৃষ্টিকোণ থেকে, চৌম্বকীয় উদ্দীপনা বাকিদের থেকে আলাদা।
“একটি চৌম্বক বিক্রিয়াকের সাথে, আমাদের কাছে রিমোট কন্ট্রোল আছে এবং প্রতিক্রিয়া তাত্ক্ষণিক, ” প্রধান লেখক অ্যান্ড্রু চেন বলেছেন। “আমাদের একটি ধীর রাসায়নিক বিক্রিয়া বা একটি শারীরিক প্রক্রিয়ার জন্য অপেক্ষা করতে হবে না, এবং আমরা এটি স্পর্শ না করেই উপাদানটিকে ম্যানিপুলেট করতে পারি।”
নতুন গবেষণার জন্য, দলটি একটি প্রতিক্রিয়াশীল মেটামেটেরিয়াল তৈরি করার লক্ষ্য রেখেছিল যা একটি মিলিমিটারের চেয়ে ছোট কাঠামোতে তৈরি করা যেতে পারে। গবেষকরা সাধারণত টু-ফটোন লিথোগ্রাফি ব্যবহার করে মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করেন – একটি উচ্চ-রেজোলিউশন 3D প্রিন্টিং কৌশল যা একটি লেজারকে রজনের একটি ছোট পুলে ফ্ল্যাশ করে। বারবার ফ্লাশে, লেজারটি রজনে একটি মাইক্রোস্কোপিক প্যাটার্ন চিহ্নিত করে, যা সেই প্যাটার্নে দৃঢ় হয়, অবশেষে একটি ক্ষুদ্র, ত্রিমাত্রিক কাঠামো তৈরি করে, স্তরে স্তরে স্তরে স্তরে।
যদিও 3D রজন প্রিন্টিং জটিল মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করে, একই প্রক্রিয়া ব্যবহার করে চৌম্বকীয় কাঠামো মুদ্রণ করা একটি চ্যালেঞ্জ। গবেষকরা মিশ্রণটি মুদ্রণের আগে চৌম্বকীয় ন্যানো পার্টিকেলগুলির সাথে রজনকে একত্রিত করার চেষ্টা করেছিলেন। কিন্তু চৌম্বক কণা আসলে ধাতুর বিট যা প্রকৃতির দ্বারা আলো ছড়ায় বা একত্রিত করে এবং অনিচ্ছাকৃতভাবে জমা করে। বিজ্ঞানীরা খুঁজে পেয়েছেন যে রজনে থাকা প্রতিটি চৌম্বকীয় কণা একটি নির্দিষ্ট স্থানে লেজারের শক্তি কমাতে পারে এবং এর ফলে তৈরি হওয়া কাঠামোকে দুর্বল করে দিতে পারে বা এটি সম্পূর্ণভাবে মুদ্রিত হতে বাধা দিতে পারে।
“চৌম্বকীয় কণার একটি বৃহৎ ভগ্নাংশের সাথে মাইক্রন-স্কেল বিকৃত কাঠামোর সরাসরি 3D মুদ্রণ অত্যন্ত কঠিন, এবং প্রায়শই চৌম্বক কার্যকারিতা এবং কাঠামোগত অখণ্ডতার মধ্যে একটি ট্রেড-অফ জড়িত,” কাজটির সহ-প্রধান লেখক সান বলেছেন।
ডাবল ডিপ মুদ্রিত
গবেষকরা ডাবল-ডিপ প্রক্রিয়ার সাথে 3D রজন প্রিন্টিংকে একত্রিত করে চৌম্বকীয় মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করার একটি নতুন উপায় তৈরি করেছেন। প্রথমবারের মতো, গবেষকরা চৌম্বকীয় কণা যোগ না করে একটি সাধারণ পলিমার জেল ব্যবহার করে একটি মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করতে প্রচলিত রজন প্রিন্টিং প্রয়োগ করেন। তারপরে তারা প্রিন্ট করা জেলটিকে আয়রন আয়নযুক্ত দ্রবণে ডুবিয়ে দেয়, যা জেলটি শোষণ করতে পারে। লোহা-সংবেদিত কাঠামোটি হাইড্রক্সাইড আয়নের দ্বিতীয় দ্রবণে আবার নিমজ্জিত হয়। জেলের আয়রন আয়নগুলি হাইড্রক্সাইড আয়নের সাথে একত্রিত হয়, যা আয়রন-অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেল গঠন করে যা প্রকৃতির দ্বারা চৌম্বক।
এই নতুন প্রক্রিয়ার সাথে, দলটি একটি মিলিমিটারের চেয়ে ছোট জটিল কাঠামো মুদ্রণ করতে পারে এবং মুদ্রণের পরে কাঠামোতে চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য যুক্ত করতে পারে। তদুপরি, তারা কাঠামোর পৃথক বৈশিষ্ট্যগুলি কতটা চৌম্বকীয় হতে পারে তা নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম। তারা আবিষ্কার করেছে যে লেজারের শক্তি সামঞ্জস্য করে যখন তারা নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যগুলি মুদ্রণ করে, তারা নির্ধারণ করতে পারে যে মুদ্রিত করার সময় জেলটি কতটা সংহত বা “আঁটসাঁট” ছিল। জেল যত শক্ত হবে, কম চৌম্বকীয় কণা তৈরি করতে পারবে। এইভাবে, গবেষকরা নির্ধারণ করতে পারেন যে প্রতিটি ক্ষুদ্র বৈশিষ্ট্য কতটা চৌম্বকীয় হতে পারে।
“এটি বহুমুখী মাইক্রোস্কেল কাঠামো এবং উপকরণ মুদ্রণের জন্য অভূতপূর্ব নকশা স্বাধীনতা প্রদান করে,” সান বলেছেন।
একটি প্রদর্শন হিসাবে, দলটি বল এবং স্টিকের কাঠামো তৈরি করেছে যা ছোট ললিপপের মতো। কাঠামোগুলি এক মিলিমিটারেরও কম উঁচু ছিল, গোলকগুলি বালির দানার চেয়ে ছোট ছিল। গবেষকরা পলিমার জেল থেকে ক্যান্ডিগুলি মুদ্রণ করেছেন এবং প্রতিটি বলের মধ্যে বিভিন্ন পরিমাণে চৌম্বকীয় কণা ইনজেকশন করেছেন, তাদের চুম্বকত্বের বিভিন্ন ডিগ্রি প্রদান করেছেন। মাইক্রোস্কোপের নীচে, তারা লক্ষ্য করেছে যে যখন তারা কাঠামোর উপর একটি নিয়মিত রেফ্রিজারেটর চুম্বক সরান, তখন ক্যান্ডিগুলি চুম্বকের দিকে বিভিন্ন ডিগ্রীতে টানা হয়, এমন একটি কনফিগারেশনে যা লুপিং আঙ্গুলের অনুকরণ করে।
“আপনি কল্পনা করতে পারেন যে এই ধরনের একটি চৌম্বকীয় স্থাপত্য একটি ছোট রোবট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে যা আপনি একটি বাহ্যিক চুম্বক দিয়ে শরীরে নেতৃত্ব দিতে পারেন এবং এটি কিছুতে লেগে থাকতে পারে, উদাহরণস্বরূপ একটি বায়োপসি নেওয়ার জন্য,” পোর্টেলা বলেছেন। “এটি একটি দৃষ্টিভঙ্গি যা অন্যরা এই কাজ থেকে নিতে পারে।”
দলটি একটি চৌম্বকীয়, “দ্বি-স্থিতিশীল” সুইচও তৈরি করেছে। প্রথমত, তারা পলিমার জেলের একটি ছোট মিলিমিটার-লম্বা আয়তক্ষেত্র মুদ্রণ করেছিল এবং উভয় পাশে চারটি ছোট প্যাডেলের মতো চৌম্বকীয় কাঠামো সংযুক্ত করেছিল। প্রতিটি প্যাডেল প্রায় 8 মাইক্রন পুরু পরিমাপ – প্রায় একটি লাল রক্ত কোষের আকার। যখন দলটি আয়তক্ষেত্রের এক প্রান্তে একটি চুম্বক প্রয়োগ করে, তখন প্যাডেলগুলি চুম্বকের দিকে উল্টে যায়, আয়তক্ষেত্রটিকে একই দিকে টেনে এবং সেই অবস্থানে লক করে। যখন চুম্বকটি অন্য দিকে ঘুরিয়ে দেওয়া হয়, তখন প্যাডেলগুলি আবার উল্টে যায়, একটি সুইচের মতো আয়তক্ষেত্রটিকে বিপরীত দিকে টেনে নিয়ে যায়।
“আমরা মনে করি এটি একটি নতুন ধরনের বিস্টেবল মেকানিজম যা ব্যবহার করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, একটি মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসে, কোনো ধরনের প্রবাহ খোলা বা বন্ধ করার জন্য একটি চৌম্বকীয় ভালভ হিসাবে,” পোর্টেলা বলেছেন। “আপাতত, আমরা কীভাবে মাইক্রোস্কেলে চৌম্বকীয় জটিল স্থাপত্যগুলি তৈরি করা যায় এবং তাদের বৈশিষ্ট্যগুলিকে স্থানিকভাবে সুর করা যায় তা খুঁজে বের করেছি। এটি ক্ষুদ্র নরম রোবটগুলির সামনে এগিয়ে যাওয়ার জন্য অনেক আকর্ষণীয় ধারণা উন্মুক্ত করে।”
এই গবেষণাটি আংশিকভাবে ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং ম্যাথওয়ার্কস সিড গ্রান্ট প্রোগ্রাম দ্বারা সমর্থিত ছিল।
এই কাজটি আংশিকভাবে MIT.nano বানোয়াট এবং চরিত্রায়ন সুবিধাগুলিতে সম্পাদিত হয়েছিল।
