Napędzany światłem silnik jest cieńszy od włosa

Szwedzka grupa naukowców opracowała zasilany laserem silnik o wielkości mierzonej w mikrometrach. To nowy sposób myślenia o mikromotorach – twierdzą badacze.

Jak zwracają uwagę naukowcy z Uniwersytetu w Göteborgu, od dekady próbuje się tworzyć coraz mniejsze przekładnie, aby móc konstruować różnego rodzaju mikrosilniki. Jednak postęp zatrzymał się na poziomie 0,1 milimetra, ponieważ nie było możliwe zbudowanie jeszcze mniejszych układów napędowych, potrzebnych do wprawienia mechanizmu w ruch.

Szwedzka grupa pokonała ten próg dzięki wykorzystaniu zasilania świetlnego. Eksperci pokazali, że mikromaszyny mogą być napędzane przez optyczne metamateriały – małe, wzorzyste struktury zdolne do wychwytywania i kontrolowania światła w skali nanometrów. Za pomocą tradycyjnej litografii wytworzyli koła zębate z metamateriałem optycznym wykonanym z krzemu. Średnica koła zębatego wynosiła zaledwie kilkadziesiąt mikrometrów.

>>> Odkryto, jak HIV wnika do DNA. To może być rewolucja w walce z AIDS

Oświetlając metamateriał laserem, badacze mogą wprawić koło zębate w ruch obrotowy. Intensywność światła kontroluje prędkość, natomiast kierunek obrotu można zmieniać, modyfikując polaryzację światła.

– Zbudowaliśmy przekładnię, w której koło napędzane światłem wprawia w ruch cały łańcuch. Koła zębate mogą również zamieniać ruch obrotowy na liniowy, wykonywać ruchy okresowe oraz sterować mikroskopijnymi lustrami w celu odchylania światła – mówi pierwszy autor badania, Gan Wang. – To jest zupełnie nowy sposób myślenia o mechanice w mikroskali. Zastępując masywne sprzęgła światłem, możemy wreszcie pokonać barierę rozmiaru.

Dzięki tym postępom można zacząć sobie wyobrażać sobie mikro- i nanomaszyny, które mogą kontrolować światło, manipulować małymi cząstkami lub być integrowane z przyszłymi systemami typu laboratorium na chipie. Koło zębate może mieć zaledwie 16-20 mikrometrów średnicy, a istnieją komórki ludzkie o podobnych rozmiarach.

Tego typu układy mogą więc znaleźć zastosowania medyczne. – Możemy wykorzystać nowe mikrosilniki jako pompy wewnątrz ludzkiego ciała, na przykład do regulowania różnych przepływów. Przyglądam się też, jak działają jako zawory, które otwierają się i zamykają – mówi Gan Wang.

Zobacz także