近日，上海理工大學(xué)光電學(xué)院莊松林院士帶領(lǐng)下的谷付星教授課題組，發(fā)明了一種基于光熱沖擊效應(yīng)的激光捕獲技術(shù)，稱為光熱沖鑷（Photothermal-Shock Tweezers），實(shí)現(xiàn)了固體界面上對(duì)微納物體的捕獲及任意操控，并探索了其納米機(jī)器人應(yīng)用。相關(guān)成果“通過光熱沖擊在干固體接觸條件下產(chǎn)生強(qiáng)大推力的自主納米機(jī)器人”（Autonomous nanorobots with powerful thrust under dry solid-contact conditions by photothermal shock）于11月24日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。團(tuán)隊(duì)成員博士生顧兆麒、朱潤琳和沈天賜為共同第一作者，谷付星教授為通訊作者，其他單位的合作者包括河北工業(yè)大學(xué)劉旭教授及美國奧本大學(xué)劉嘉教授，莊松林院士全程指導(dǎo)該研究。研究工作得到了國家及上海自然科學(xué)基金的資助。該技術(shù)有望在納米制造、生物醫(yī)學(xué)、航空航天及軍事等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)掘出前所未有的應(yīng)用場(chǎng)景。 )'$'?Fn  
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光熱沖鑷系統(tǒng)可以無縫繼承宏觀世界中的機(jī)器人技術(shù)，在微觀世界中實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人工作的場(chǎng)景。團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)金屬納米片，結(jié)合圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、路徑規(guī)劃、及反饋控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)具有清潔功能的自主納米機(jī)器人。通過識(shí)別所選取區(qū)域的清潔程度，機(jī)器人將重復(fù)清掃循環(huán)，直至達(dá)到滿意的清潔度。 _Xfn  
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據(jù)了解，激光捕獲(Trapping)是納米世界操控物體運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)大工具，因其在真空和液體等懸浮介質(zhì)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用而榮獲1997年和2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但在固體接觸表面上仍然具有挑戰(zhàn)性。研究人員使用脈沖光源加熱微納物體，被吸收的光脈沖能量瞬間轉(zhuǎn)化為機(jī)械膨脹，在物體內(nèi)部產(chǎn)生極大的瞬時(shí)載荷，稱為光熱沖擊（Photothermal Shock）。該瞬間沖擊效應(yīng)產(chǎn)生的作用力遠(yuǎn)超普通振動(dòng)模式，就像蛇類捕食瞬間猛撲速度遠(yuǎn)超一般爬行速度，因此可以打破微納阻力困境，實(shí)現(xiàn)在固體界面上的移動(dòng)。 T<u QhPMw  
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捕獲(Trapping)特性是激光操控技術(shù)的核心，因?yàn)樗�可以通過光斑位置來掌握粒子的動(dòng)向，實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)控制，而不僅僅止步于缺乏控制的致動(dòng)(Actuation)。金納米線在532nm納秒脈沖的高斯型光斑作用下，會(huì)向光斑內(nèi)部移動(dòng)，直到納米線的中心與光斑中心一致，這是一個(gè)典型的捕獲過程。研究人員通過理論分析，找到了光熱沖擊驅(qū)動(dòng)力的物理來源，因表達(dá)式中包含溫度梯度，因此該力被稱為光熱梯度力。當(dāng)移動(dòng)光斑時(shí)，光熱梯度力分布平衡被打破，納米線重新向光斑中心移動(dòng)，一直重復(fù)該過程，納米線就會(huì)隨著光斑一直軸向移動(dòng)。另外對(duì)被捕獲在光斑中央的納米線，提高激光功率將會(huì)使納米線兩端受到更大光熱梯度力擠壓而側(cè)向彎曲，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)向移動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了納米線在二維平面上的任意運(yùn)動(dòng)。如下圖展示了研究團(tuán)隊(duì)將多根納米線拼成漢字“沖”和英文單詞“SHOCK”的圖案。 W7q!F  
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