Silnik mniejszy od ludzkiego włosa. Napędza go światło
Właśnie się rozpoczęła nowa era mikromechniki. Te silniki obracają się pod wpływem światła, a wielkością przypominają ludzki włos.
Silniki, które potrafią obracać się pod wpływem światła, są już rzeczywistością. I to nie w skali miniaturowej, lecz wręcz w mikroskopijnej! Naukowcy z Uniwersytetu w Göteborgu zaprezentowali prototyp mechanizmu, który działa bez fizycznego napędu. Jego zębatki wirują, gdy oświetli się je laserem. Każde koło zębate ma zaledwie 16 mikrometrów średnicy. To mniej niż średnica ludzkiego włosa. A mimo to cały mechanizm działa. I robi to z imponującą precyzją.
Światło jako siła napędowa
Od ponad 30 lat naukowcy próbowali stworzyć w mikroskali w pełni funkcjonalny silnik. Problemem zawsze był jednak jego napęd. Klasyczne przekładnie i osie przestają być skuteczne, gdy ich rozmiary spadają poniżej dziesiątych części milimetra. Przełom nastąpił, gdy szwedzki zespół całkowicie porzucił mechanikę w tradycyjnym rozumieniu. Ich mikrosilniki nie potrzebują ani sprężyn, ani kontaktu. Zamiast tego wykorzystują metamateriały optyczne, czyli specjalnie wzorowane struktury, które reagują na światło.
Wystarczy odpowiednio spolaryzowana wiązka lasera, by zębatka zaczęła się kręcić. Zmiana polaryzacji zmienia kierunek ruchu. Zwiększenie natężenia z kolei przyspiesza obroty. Wszystko to odbywa się na poziomie pojedynczych mikronów.
Mechanika na miarę XXI wieku
Mimo ekstremalnej skali mikrosilnik może nie tylko obracać się w jedną stronę. Naukowcy pokazali, że z pomocą światła można również sterować ruchem liniowym, wykonywać precyzyjne drgania i manipulować wiązką światła przez mikrolusterka. Całość działa jak układ mechaniczny. Z tą jednak różnicą, że nie wymaga żadnego kontaktu fizycznego.
Ten pozornie drobny przełom otwiera drzwi do nowych zastosowań – od mikrorobotów medycznych, przez systemy optyczne, aż po przyszłe laboratoria mieszczące się na końcówce igły.
Te mikrosilniki mogą ratować życie!
Choć na razie mikrosilniki istnieją jedynie jako prototypy, naukowcy już teraz planują ich wykorzystanie wewnątrz ludzkiego ciała. Skoro można zbudować obracający się mechanizm o wielkości komórki, to można też zaprogramować go tak, by np. działał jako zawór lub pompa. Wyobraź sobie urządzenie, które pływa w naczyniach krwionośnych i reguluje przepływ leków lub płynów. Albo, co wcale nie mniej ambitne, mikrosystem diagnostyczny, który przeprowadza analizę chemiczną krwi bez konieczności pobierania próbki.
Przeczytaj także:
Cały projekt jest możliwy dzięki niezwykłym właściwościom metamateriałów. Warto tu zauważyć, że nie istnieją one w naturze. Tworzy się je sztucznie, projektując ich strukturę w nanoskali tak, aby reagowały na światło w określony sposób. W tym przypadku to one sprawiają, że wiązka lasera przestaje być tylko źródłem światła, a staje się silnikiem.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
