MIT phát triển máy in 3D siêu nhỏ tích hợp trên chip, không cần bộ phận chuyển động

Nhóm nghiên cứu MIT tạo ra máy in 3D tích hợp trên chip nhỏ bằng đồng xu, sử dụng ánh sáng để đông cứng nhựa — công nghệ in 3D cầm tay nhờ vào quang tử silicon

In 3D và quang tử silicon đã kết hợp lại theo một cách đầy thú vị trong tuần này. Các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển thiết kế in 3D hoàn toàn mới trên một con chip máy tính duy nhất, trở thành máy in 3D tích hợp trên chip đầu tiên trên thế giới. Con chip này phát ra chùm tia sáng vào một lớp nhựa lỏng để tạo hình, và sẽ tiếp tục được cải tiến để hướng tới mục tiêu in 3D thể tích hoàn chỉnh ngay trên chip.

Máy in này không sử dụng bất kỳ bộ phận chuyển động nào, thay vào đó dùng dãy ăng-ten có kích thước nano để điều hướng ánh sáng vào một lớp nhựa quang hóa. Các “bản in” được hoàn thành chỉ trong vài giây, với khả năng tạo ra các hình dạng hai chiều như chữ cái. Con chip là một bản thiết kế quang tử silicon tùy chỉnh, do chính nhóm MIT phát triển.

“Chúng tôi đang suy nghĩ lại hoàn toàn khái niệm máy in 3D,” giáo sư Jelena Notaros, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Nó không còn là một chiếc hộp lớn đặt trên bàn phòng thí nghiệm để tạo vật thể, mà là một thiết bị cầm tay và di động. Điều này mở ra rất nhiều ứng dụng mới và có thể thay đổi toàn bộ lĩnh vực in 3D.”

Nhóm của Notaros là tập thể liên ngành, kết hợp giữa chuyên môn về quang tử silicon và quang hóa, dựa trên các nghiên cứu trước đây tại MIT cũng như từ các thử nghiệm khoa học bên ngoài. Trong các nghiên cứu trước đó, họ từng tạo ra một chip quang tử nhỏ có thể đặt vừa trên đồng xu Mỹ, sử dụng cùng loại ăng-ten như trong dự án lần này. Dãy ăng-ten quang học dày 160 nanomet được chế tạo bằng công nghệ truyền thống, và ánh sáng được điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ tín hiệu đi vào các ăng-ten.

Quang tử silicon là một lĩnh vực mới trong chế tạo chip, trong đó chip xử lý dữ liệu bằng ánh sáng thay vì điện tử. Lĩnh vực này hiện đang thu hút sự chú ý của các tập đoàn lớn tại Mỹ và Trung Quốc, với cuộc đua mở khóa tiềm năng của công nghệ này. Nvidia hiện đã có nền tảng chuyển mạch mạng dựa trên quang tử với băng thông 400 Tb/s, trong khi AMD cũng đang ráo riết mua lại các công ty photonics tư nhân để bắt kịp.

Thiết kế chip đặc biệt này được kết hợp với loại nhựa quang hóa mới do Đại học Texas (UT Austin) phát minh, có khả năng đông cứng khi tiếp xúc với ánh sáng ở bước sóng nhất định. Khi kết hợp hai công nghệ, hệ thống có thể tạo ra các hình dạng và mẫu thiết kế 3D đơn giản. Một tia laser từ bên ngoài được chiếu qua mảng ăng-ten vào lớp nhựa cảm quang đặt trên một phiến kính trong suốt. Các ăng-ten sau đó sẽ điều hướng ánh sáng laser để vẽ nên thiết kế mong muốn, tạo thành vật thể hai chiều.

Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là phát triển một con chip mới cho phép in 3D thể tích (volumetric) thay vì chỉ in 2D như hiện nay. Mục tiêu của họ là tạo ra “một con chip có khả năng phát ra ảnh ba chiều bằng ánh sáng nhìn thấy được trong lớp nhựa để in 3D thể tích chỉ trong một bước duy nhất” — điều này đã được nhóm mô tả trong bài nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature. “Chúng tôi rất háo hức tiếp tục tiến tới màn trình diễn cuối cùng này,” giáo sư Notaros chia sẻ.