Ten silnik mieści się w ludzkim włosie. Napędza go światło lasera

Przeszkoda na drodze do miniaturyzacji

Tworzenie coraz mniejszych urządzeń i konstrukcji już od dłuższego czasu jest osobną dziedziną nauki. Od ponad trzech dekad badacze zajmujący się miniaturyzacją nie mogli jednak poradzić sobie z jednym problemem – stworzenie silników o wielkości mniejszej niż jedna dziesiąta milimetra. Ostatnio szwedzkim naukowcom udało się jednak go rozwiązać – stworzyli miniaturowy silnik napędzany światłem lasera. Wyniki ich badań opublikowało czasopismo Nature Communications.

Zębatki nie działają w mikroskali

Co do tej pory stało na przeszkodzie tak radykalnej miniaturyzacji? Składające się na silnik przekładnie i koła zębate wymagają fizycznego kontaktu między sobą, a także odpowiednio skonstruowanych osi czy łożysk.

W maszynerii normalnych rozmiarów nie jest to żaden problem, ale w przypadku silników mniejszych niż milimetr osiągnięcie odpowiedniej precyzji było niemożliwe. Zębatki nie obracały się wzajemnie, tak, jak powinny, a cały układ szybko przestawał działać. Dlatego fizycy z Uniwersytetu w Göteborgu postanowili całkowicie zrezygnować z konwencjonalnej mechaniki i zamiast tego użyli… światła.

Krzem jako budulec

Kluczem do przełomu okazało się wykorzystanie metamateriałów optycznych. Są to mikroskopijne struktury stworzone z powtarzających się elementów. Co istotne – odległość między nimi jest mniejsza niż długość fali światła. Sprawia to, że struktury te mogą je przechwytywać i kontrolować.

Badacze stworzyli koła zębate z metamateriału optycznego opartego na krzemie. Średnica jednego każdego z nich wyniosła zaledwie 16 mikrometrów, a więc mniej, niż jedna dziesiąta milimetra. Większą grubość mają ludzkie włosy. Jest to też rozmiar niemalże tak mały, jak niektórych komórek w ciele człowieka.

Miniaturowy silnik napędzany światłem

Przebicie nieosiągalnej do tej pory bariery rozmiaru to jednak tylko jeden z elementów tego przełomowego odkrycia. Cały silnik nie dość, że jest mikroskopijnie mały, to jeszcze można zasilić go światłem. Gdy na metamateriał pada wiązka lasera, koło zębate zaczyna się obracać. Intensywność światła kontroluje prędkość, a zmiana polaryzacji pozwala nawet odwrócić kierunek ruchu.

Małe jak komórka, potężne jak sen futurystów

Możliwość napędzania tych mikroskopijnych maszyn światłem otwiera zupełnie nowe perspektywy. Laser nie wymaga stałego kontaktu z mechanizmem i jest łatwy w sterowaniu – mikrosilnik można więc teoretycznie bardzo łatwo skalować.

Najbardziej na odkryciu może zyskać nowoczesna medycyna. Gan Wang, główny autor badania, mnoży przykłady: „Możemy wykorzystać nowe mikromotory jako pompy wewnątrz ludzkiego ciała, na przykład do regulowania różnych przepływów. Badam również, jak mogą funkcjonować jako zawory, które otwierają się i zamykają”.

Silnik napędzany światłem w służbie medycyny

Dzięki sterowanym laserowo mikrosilnikom można na przykład precyzyjnie dawkować lek bezpośrednio do chorej tkanki. Tego typu maszyny mogłyby być pompami, regulującymi ciśnienie w oku czy zaworami, kontrolującymi przepływ płynów ustrojowych. Mały rozmiar daje nieograniczone możliwości. Dodatkowo wynalazek stworzony jest z krzemu, podobnie jak współczesne mikrochipy. Pozwala to łatwo integrować go z procesorami, a nawet wytwarzać podczas tego samego procesu.

Co niesie za sobą współczesna technologia? Tego dowiesz się na kanale Holistic News na YouTube:

Jak jeszcze czerpać energię ze światła? Sprawdź artykuł: Zapomnij o fotowoltaice. Oto nowy sposób czerpania energii ze słońca

Black Friday & Cyber Monday

Black Friday przez cały listopad! -20% na cały koszyk z kodem: BLACK20
Do zobaczenia!
Księgarnia Holistic News