Учени създадоха „нано“ зъбни колела с размерите на човешка клетка, които се въртят с помощта на лазер

Изследователи от Университета в Гьотеборг в Швеция представиха технология за масово производство на най-малките в света зъбни колела с микрометрични размери. Най-удивителното е, че тези зъбни колела се задвижват с лазерна светлина. Всичко това дава възможност за създаване на механични наноразмерни устройства с просто лазерно задвижване, което може да промени производството, медицината и други.

Зъбните колела са навсякъде – от часовници и автомобили до роботи и вятърни турбини. В продължение на повече от 30 години изследователите се опитват да създадат още по-малки зъбни колела, за да проектират механични платформи за различни приложения, но напредъкът е спрял на границата от 0,1 мм, тъй като беше невъзможно или изключително трудно да се създадат електрически двигатели, които да задвижват по-малки зъбни колела.

Изследователите от Университета в Гьотеборг преодоляха тази бариера, като изоставиха традиционните електрически задвижвания и вместо това използваха лазерен лъч за директно задвижване на зъбните колела.

В своето изследване учените показват, че микроскопичните механизми могат да бъдат управлявани от оптични метаматериали – малки структури със специфичен модел, които могат да улавят и контролират светлината в наномащаб. Използвайки конвенционална литография върху силициев микрочип, те изработват механизми, включващи оптични метаматериали като зъбните колела са с диаметър няколко десетки микрометра. Като насочват лазер към метаматериала, изследователите успяват да накарат зъбните колела да се въртят. Скоростта на въртене се контролира от интензитета на лазерната светлина, а посоката на въртене на зъбните колела се променя чрез промяна на поляризацията на светлината.

„Създадохме зъбна предавка, в която зъбното колело, задвижвано от светлина задвижва цялата верига. Зъбните колела могат също така да преобразуват ротационното движение в транслационно, да извършват периодични движения и да управляват микроскопични огледала за отклоняване на светлината.“

обясняват изобретателите

Възможността да се интегрират такива устройства директно в чип и да се управляват със светлина открива напълно нови перспективи. Тъй като лазерният лъч не изисква постоянен контакт с устройството и е лесен за управление, платформата би могла да се разшири до сложни микросистеми.

Учените мечтаят да създадат микро и наномашини, които могат да контролират светлината, да манипулират малки частици или да бъдат интегрирани в бъдещите системи „лаборатория върху чип“. Зъбните колела могат да бъдат с размер 16-20 микрона, а в човешкото тяло има клетки с такъв размер. Медицината е област, която е готова да изисква такива решения.

„Можем да използваме новите микромотори като помпи вътре в човешкото тяло, например за регулиране на различни потоци или като клапани, които се отварят и затварят.“