دانشمندان چرخ‌دنده‌هایی کوچک‌تر از موی انسان ساختند

کد خبر: ۸۲۶۵۴۷

تاریخ: ۳۰ شهريور ۱۴۰۴ - ۱۱:۳۷

به گزارش ایران اکونومیست؛ محققان دانشگاه گوتنبرگ چرخ‌دنده‌هایی نور-محور در مقیاس میکرومتر ساخته‌اند. این امر راه را برای ساخت کوچکترین موتورهای روی تراشه در تاریخ هموار می‌کند که می‌توانند درون یک تار مو جای بگیرند.

چرخ‌دنده‌ها همه جا هستند. از ساعت و ماشین گرفته تا ربات و توربین‌های بادی. بیش از ۳۰ سال است که محققان در تلاشند تا چرخ‌دنده‌های حتی کوچکتری را برای ساخت میکروموتورها ایجاد کنند. اما پیشرفت در ابعاد ۰.۱ میلی‌متر متوقف شده بود، زیرا ساخت قطعات محرک مورد نیاز برای حرکت آنها از این ابعاد کوچکتر امکان‌پذیر نبود.

به نقل از ساینس‌دیلی، اکنون محققان دانشگاه گوتنبرگ با کنار گذاشتن قطعات محرک مکانیکی سنتی و در عوض استفاده از نور لیزر برای به حرکت درآوردن مستقیم چرخ‌دنده‌ها، این مانع را از سر راه برداشته‌اند.

چرخ‌دنده‌هایی که با نور حرکت می‌کنند

محققان در مطالعه جدید خود نشان می‌دهند که ماشین‌های میکروسکوپی می‌توانند توسط متامواد نوری که ساختارهای کوچک و الگوداری هستند  که می‌توانند نور را در مقیاس نانو جذب و کنترل کنند، هدایت شوند. با استفاده از لیتوگرافی سنتی، چرخ‌دنده‌هایی با متاماده نوری با سیلیکون مستقیما روی یک میکروچیپ ساخته می‌شوند که قطر چرخ‌دنده در آن تنها چند ده میکرومتر است. محققان با تاباندن لیزر بر روی متاماده، می‌توانند چرخ‌دنده را بچرخانند. شدت نور لیزر سرعت را کنترل می‌کند و همچنین می‌توان با تغییر قطبش نور، جهت چرخ‌دنده را تغییر داد. بنابراین محققان به ساخت میکروموتورها نزدیک شده‌اند.

گان وانگ، محقق فیزیک ماده نرم در دانشگاه گوتنبرگ و نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید: ما یک مجموعه چرخ‌دنده ساخته‌ایم که در آن یک چرخ‌دنده با نیروی نور، کل زنجیره را به حرکت در می‌آورد. چرخ‌دنده‌ها همچنین می‌توانند چرخش را به حرکت خطی تبدیل کنند، حرکات دوره‌ای انجام دهند و آینه‌های میکروسکوپی را برای انحراف نور کنترل کنند.

توانایی ادغام چنین ماشین‌هایی به طور مستقیم روی یک تراشه و هدایت آنها با نور، امکانات کاملا جدیدی را ایجاد می‌کند. از آنجایی که نور لیزر نیازی به تماس ثابت با دستگاه ندارد و کنترل آن آسان است، میکروموتور می‌تواند به میکروسیستم‌های پیچیده تبدیل شود.

گان وانگ می‌گوید: این یک روش اساسا جدید برای تفکر در مورد مکانیک در مقیاس میکرو است.

با این پیشرفت‌ها، محققان شروع به تصور میکرو و نانوماشین‌هایی می‌کنند که می‌توانند نور را کنترل کنند، ذرات کوچک را دستکاری کنند یا در سیستم‌های آزمایشگاهی روی تراشه آینده ادغام شوند. یک چرخ دنده می‌تواند به کوچکی ۱۶-۲۰ میکرومتر باشد و سلول‌های انسانی چنین اندازه‌ای دارند.

ما می‌توانیم از میکروموتورهای جدید به عنوان پمپ در داخل بدن انسان استفاده کنیم، به عنوان مثال برای تنظیم جریان‌های مختلف. محققان همچنین در حال بررسی نحوه عملکرد آنها به عنوان دریچه‌هایی هستند که باز و بسته می‌شوند.