Robot desarrollado para el ensamblaje automatizado de nanomateriales de diseño

Un semiconductor 2D representativo es el grafeno, que consiste en una red de nido de abeja de átomos de carbono que tiene solo un átomo de grosor. El desarrollo de las heteroestructuras de van der Waals se ha visto restringido por las complicadas y lentas operaciones manuales requeridas para producirlas. Es decir, los cristales en 2D normalmente obtenidos por exfoliación de un material a granel deben identificarse manualmente, recolectarse y luego apilarse por un investigador para formar una heteroestructura de van der Waals. Tal proceso manual es claramente inadecuado para la producción industrial de dispositivos electrónicos que contienen heteroestructuras de van der Waals

Ahora, un equipo de investigación japonés liderado por el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio ha resuelto este problema mediante el desarrollo de un robot automatizado que acelera enormemente la colección de cristales 2D y su ensamblaje para formar heteroestructuras de van der Waals. El robot consiste en un microscopio óptico automatizado de alta velocidad que detecta cristales cuyas posiciones y parámetros se registran en una base de datos informática. El software personalizado se utiliza para diseñar heteroestructuras utilizando la información en la base de datos. La heteroestructura se ensambla capa por capa mediante un equipo robótico dirigido por el algoritmo informático diseñado. Los hallazgos fueron reportados en Nature Communications .

“El robot puede encontrar, recolectar y ensamblar cristales 2D en una guantera”, dice el primer autor del estudio, Satoru Masubuchi. “Puede detectar 400 escamas de grafeno por hora, lo que es mucho más rápido que la velocidad alcanzada por las operaciones manuales”.

Cuando el robot se usó para ensamblar escamas de grafeno en heteroestructuras de van der Waals, podría acumularse hasta cuatro capas por hora con solo unos pocos minutos de entrada humana requerida para cada capa. El robot se utilizó para producir una heteroestructura de van der Waals que consta de 29 capas alternantes de grafeno y nitruro de boro hexagonal (otro semiconductor 2D común). El número de capa de registro de una heteroestructura de van der Waals producida por operaciones manuales es 13, por lo que el robot ha aumentado en gran medida nuestra capacidad para acceder a heteroestructuras complejas de van der Waals.

“Se puede recolectar y ensamblar una amplia gama de materiales usando nuestro robot”, explica el coautor Tomoki Machida. “Este sistema brinda la posibilidad de explorar completamente las heteroestructuras de van der Waals”.

El desarrollo de este robot facilitará en gran medida la producción de heteroestructuras de van der Waals y su uso en dispositivos electrónicos, acercándonos un paso más a la realización de dispositivos que contienen materiales de diseño de nivel atómico.