Visst är det imponerande när forskare sätter samman objekt som är så små att man kan räkna molekylerna i dem.
Problemet är att det tar tid. Det är ingen industriell process, det är handarbete – om nu det är rätt uttryck.
Hitta tråden. Nanohandrobotens gripklor kan ta tag i nanotråden upptill till höger. Tråden är tio mikrometer lång.
Europeiska forskare har kommit fram till att atomslöjd sköts bäst av robotar med fingerspitzgefühl.
I projektet Nanohand har de utvecklat nanovärldens svar på den schweiziska armékniven: små mobila robotar som kan hantera objekt i nanoformat.
Nu ska det sägas att Nanohands robotar inte är i nanoformat. De är två centimeter stora, så jämfört med föremål i nanoformat är de gigantiska. (En nanometer är en miljondels millimeter.)
Men med hjälp av verktyg kan robotarna lyfta, flytta och montera objekt i nanoformat.
– Vi har hanterat objekt ner till några tiotal nanometer, säger Volkmar Eichhorn vid universitetet i Oldenburg, en av ledarna för projektet. Nanohandprojektet bygger på ett tidigare EU-finansierat projekt, Robosem.
Att fysiskt hantera objekt i den här storleksordningen – vanligtvis nanotrådar – har sina sidor. När roboten väl har fått tag i objektet vill det nämligen sitta kvar.
Atomslöjdsal. Nanolab är ett komplett system för automatiserad montering i nanoformat, inbyggd i ett elektronmikroskop.
Normalt råkar vi ut för att skruvar och muttrar ramlar ner på golvet, vanligtvis i det mest olämpliga ögonblicket, men när grejerna blir tillräckligt små gör de intermolekylära bindningarna i stället att de inte vill släppa taget.
Nanohandprojektet har därför utvecklat speciella ”plocka upp och släpp”-tekniker för att undvika klistereffekten.
En lösning är att fästa nanotråden med hjälp av en elektronstråle. Grovt förenklat använder man strålen från ett elektronmikroskop för att ”svetsa” fast tråden vid underlaget. När nanotråden sitter fast kan man dra loss verktyget.
En annan lösning är att konstruera gripverktyget så att de intermolekylära bindningarna blir så små som möjligt. Alltså en avvägning mellan att få ett stadigt grepp och att göra kontaktytan så liten som möjligt. Underlaget ska dra till sig nanotråden med större kraft än gripverktyget.
– Vi är det första projektet i världen som har klarat att genomföra automatiska plock-och-släpp-experiment med mikrogripverktyg, säger Volkmar Eichhorn.
Det kallas för Nanolab och är ett komplett automatiserat system bestående av teknisk utrustning och datorprogram. Det hela är inbyggt i ett elektronmikroskop.
En av robotens första uppdrag blev att förbättra den typ av mikroskop som används för att avbilda objekt i nanoformat. Sådana mikroskop, atomkraftmikroskop, känner av en yta genom att dra en mycket liten spets över den.
Den ”ser” inte molekylerna, men känner av dem. På avstånd av några nanometer påverkas spetsen av krafter från ytan. Spetsen är monterad på en elastisk ”bräda”, och när spetsen påverkas av krafterna från ytan kommer brädan i rörelse. Rörelsen kan mätas och ger då en bild av ytans struktur.
Problemet är att den pyramidformade spetsen inte kan ”se” alltför djupa raviner. Spetsen borde vara spetsigare, mer som en nål än som en pyramid.
Men att tillverka en sådan nål, där spetsen har en radie på några nanometer, överstiger möjligheterna med dagens teknik.
Nanohandprojektet löste i stället uppgiften genom att låta mikrogripverktyget montera en nanotråd vid spetsens topp. Industriell användning kan komma snart.
Företag som medverkar i Nanohandprojektet har utvecklat en verktygslåda som de kallar för Nanofab. Den kan användas för att snabbt ta fram fungerande prototyper av framtida elektroniska kretsar.
Nanotrådar kan nämligen ersätta de kopparlinjer som i dag utgör de elektriska förbindelserna mellan komponenterna på elektroniska kretsar. Nanotrådar har flera fördelar: de har lägre elektriskt motstånd än koppar och avger mindre värme. De är också extremt smala, så man kan packa in fler ledningar på samma yta. Nackdelen med nanotrådar är att de är svåra att få på plats. Kopparlinjer kan etsas, nanotrådar måste monteras.
Verktygslådan Nanofab kan utföra arbetet med automatik. Detta är dock inte avsett för tillverkning, utan för att få fram fungerande prototyper som kan utvärderas.
Nanohand är ett EU-finansierat forskningsprojekt som utvecklat teknik för automatisk montering av objekt i nanoskala, alltså där storleken mäts i miljondels millimeter.
Nanohand har utvecklat Nanolab, ett komplett verktyg för nanomontering baserat på ett elektronmikroskop, och Nanofab, ett liknande verktyg för industriell användning.
I projektet medverkar bland andra Danmarks tekniska universitet, Polytekniska högskolan i Lausanne, forskningsinstitutet Offis i Oldenburg och ett antal europeiska företag.
