【科学】 3Dプリント製装置による微小な構造の制御

3Dプリントできる簡単な構造で、太さ10 – 100 μm程度の三つ編みをつくる画期的な方法が報告されました

微小な三つ編み型ワイヤーは、高周波数の電磁波のアンテナとして活用できることから、5G時代を支える技術になりそうです

iPhoneの中身すらも、3Dプリント製の装置でつくる時代がくるかもしれません

何を 3Dプリントしたのか

本報告のポイントを述べると

・3Dプリントによって、縦長の水路をもつデバイス(cmサイズ)をつくる。水路は多数存在するが、高さに応じて交差している。

・デバイスを水面にうかべ、デバイス内の水路にはディスクを浮かべる。ディスクにはワイヤーを接続することができる。

・表面張力の関係から、浮かんだ状態のディスクは水路の中央に自動的に配置される。特に、ディスクは狭い水路より広い水路に移動することを利用して、水路の形状によりディスクとワイヤーの位置を操作できる。

これらが鍵となります

例として、図のような形状の印刷物が用いられています（実際より簡略化しています。デバイス内のディスクに接続されたワイヤーは、最終段階のみ表示しています）

ここで、このデバイスを水面につけたまま引き揚げます。すると、デバイス内のディスクは水面に浮かんだままですから、デバイスに対して下へ降りていきます。

このとき、デバイス内の壁面をうまく設計しておくことで、青・緑・赤と並んでいるディスクのうち緑のみを青側へひきよせることができます。

さらに、壁内の特殊形状を利用して、青と緑の位置を反転させることができます。さらに水面が下りていくと、今度は青が赤側へ引き寄せられ、再び交差を起こします。

そして最後に、ディスクが一番下までやってきて外側の通路の手前に配置された後、デバイスを沈めると、これらのディスクの位置を真上に戻すことができます。

この操作のポイントは、3つのディスクのうち、2つを交差させるという操作を2回行ったところです。これは、髪の毛を三つ編みにする方法と同じですよね。ですから、ディスクに細いワイヤーを接続しておけば、そのワイヤーを三つ編みできるというわけです。天才の発想ですね。

この論文にはわかりやすい動画がSupporting Videoとして付属していましたので、そちらも下に掲載しておきます。
以上、Natureに掲載された論文でした

Zeng, C., Faaborg, M.W., Sherif, A. et al. 3D-printed machines that manipulate microscopic objects using capillary forces. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05234-7