|
Наношестерёнки размером с человеческую клетку
|
|
|
|
Исследователи из Гетеборгского университета создали электромоторы микрометрового размера. Это открывает путь к созданию самых маленьких в истории моторов на кристалле, которые могут поместиться внутри пряди волос.
|
|
|
|
Механизмы есть везде – от часов и автомобилей до роботов и ветряных турбин. Уже более 30 лет исследователи пытаются создать еще более миниатюрные механизмы для создания микродвигателей. Но прогресс остановился на отметке 0,1 миллиметра, поскольку не было возможности сконструировать приводные механизмы, необходимые для того, чтобы они двигались еще меньше.
|
|
|
|
Исследователи из Гетеборгского университета, среди прочих, преодолели этот барьер, отказавшись от традиционных механических приводов и вместо этого используя лазерный луч для непосредственного приведения шестерен в движение.
|
|
|
|
Шестерни, приводимые в действие светом
|
|
|
|
В своем новом исследовании исследователи показывают, что микроскопические машины могут приводиться в движение оптическими метаматериалами – небольшими структурами с узором, которые могут улавливать свет и управлять им на наноуровне. Используя традиционную литографию, зубчатые колеса с оптическим метаматериалом изготавливаются из кремния непосредственно на микрочипе, при этом диаметр зубчатого колеса составляет несколько десятков микрометров. Воздействуя лазером на метаматериал, исследователи могут заставить зубчатое колесо вращаться. Интенсивность лазерного излучения определяет скорость вращения, а также можно изменять направление вращения зубчатого колеса, изменяя поляризацию света.
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, исследователи близки к созданию микромоторов.
|
|
|
|
Новый способ мышления
|
|
|
|
"Мы сконструировали зубчатую передачу, в которой легкая шестерня приводит в движение всю цепь. Шестеренки также могут преобразовывать вращение в линейное движение, совершать периодические перемещения и управлять микроскопическими зеркалами для отражения света", - говорит первый автор исследования Ган Ван, исследователь в области физики мягких материалов из Гетеборгского университета.
|
|
|
|
Возможность интегрировать такие машины непосредственно в чип и управлять ими с помощью света открывает совершенно новые возможности. Поскольку лазерный луч не требует постоянного контакта с машиной и им легко управлять, микромотор можно масштабировать до сложных микросистем.
|
|
|
|
“Это принципиально новый взгляд на механику в микромасштабе. Заменив громоздкие муфты легкими, мы наконец-то сможем преодолеть барьер размеров”, - говорит Ган Ван.
|
|
|
|
Размер ячейки
|
|
|
|
Благодаря этим достижениям исследователи начинают представлять себе микро- и наномашины, которые могут управлять светом, манипулировать мелкими частицами или быть интегрированы в будущие лабораторные системы на кристалле. Размер зубчатого колеса может составлять всего 16-20 микрометров, и в организме человека есть клетки такого размера. Медицина - это область, которая находится в пределах досягаемости, считает Ган Ван.
|
|
|
|
“Мы можем использовать новые микромоторы в качестве насосов внутри человеческого тела, например, для регулирования различных потоков. Я также изучаю, как они функционируют в качестве клапанов, которые открываются и закрываются”.
|
|
|
|
Источник
|
