Сотрудники Гётеборгского университета создали микрочиповый двигатель, который является самым миниатюрным из когда-либо созданных. Его габариты настолько уменьшены, что он может поместиться внутри человеческого волоса. Эта разработка стала возможной благодаря применению фотонных шестерёнок, которые позволили преодолеть ограничения, существовавшие в микромеханике на протяжении более трёх десятилетий.
Ранее изготовление зубчатых колес для микромоторов было невозможно при размере менее 0,1 миллиметра (100 мкм) из-за сложностей, связанных с разработкой миниатюрных механических приводов. Представленный новый двигатель решает эту задачу, используя световое управление вместо традиционных механических соединений.
«Мы разработали принципиально новый подход к механике в микромасштабе, — отмечает ведущий автор работы, исследователь физики мягкого вещества Ган Ван. — Использование света вместо громоздких муфт позволило нам, наконец, преодолеть ограничение по размерам».
Новейший микромотор использует кремниевые шестерёнки, на поверхность микрочипа нанесено специальное оптическое метаматериал. Эти микроскопические элементы созданы для захвата и контроля света на наноуровне. Вращение шестерёнок осуществляется лазерным лучом, воздействующим на метаматериал. Управление этим процессом точное и простое: интенсивность лазерного излучения определяет скорость вращения, а изменение поляризации света мгновенно меняет направление. Отсутствие физического контакта при управлении – существенное достоинство, позволяющее легко масштабировать конструкцию.
«В новом редукторе световой двигатель приводит в действие всю систему передач, – сообщил Ван в пресс-релизе. – Шестерни способны преобразовывать вращательное движение в поступательное, осуществлять колебательные движения и управлять микроскопическими зеркалами для изменения направления света.
Интеграция этих моторов непосредственно на кристалле и их питание светом открывает значительные возможности. Исследователи предполагают, что в будущем подобные микро- и наномеханизмы смогут воздействовать на микроскопические частицы, контролировать световые потоки или включаться в состав систем «лаборатория на чипе» для проведения научных и медицинских изысканий.
Рассматривается, в частности, возможность разработки медицинских устройств, содержащих шестерёнки, размеры которых составляют 16–20 мкм – величина, сопоставимая с размером человеческой клетки. Такие микроскопические механизмы потенциально могут выполнять функции насосов или клапанов, находящихся внутри организма, для управления различными потоками.
На данный момент это лишь прототип, и потребуется несколько лет для интеграции этой разработки в будущие механизмы и системы.