Учёные из Гётеборгского университета разработали «самый маленький в истории» микрочиповый двигатель. Его размеры настолько малы, что он способен пометиться внутри человеческого волоса. Этот результат основан на использовании фотонных шестерёнок, которые позволяют обойти ограничения, существовавшие в микромеханике более 30 лет.

До настоящего времени создание шестерёнок для микромоторов было ограничено размером в 0,1 миллиметра (100 мкм) из-за трудностей в создании механических приводов меньшего размера. Новый двигатель решает эту проблему, заменяя традиционные механические соединения управлением светом.

«Это принципиально новый подход к механике в микромасштабе, — говорит ведущий автор работы, исследователь физики мягкого вещества Ган Ван. — Заменив громоздкие муфты светом, мы наконец-то преодолели барьер размера».

Инновационный микромотор использует кремниевые шестерёнки со специальным оптическим метаматериалом, нанесённым непосредственно на микрочип. Эти крошечные структурированные элементы предназначены для улавливания и управления светом на наноуровне. Вращение шестерёнок обеспечивается лазером, направленным на метаматериал. Управление точное и интуитивно понятное: интенсивность лазерного излучения регулирует скорость вращения, а изменение поляризации света мгновенно меняет направление вращения. Бесконтактный метод управления является значительным преимуществом, поскольку исключает необходимость в физических соединениях с мотором, что делает его масштабируемым.

«Мы создали редуктор, в котором световой двигатель приводит в движение всю цепь. Шестерни также могут преобразовывать вращение в линейное движение, выполнять периодические движения и управлять микроскопическими зеркалами для отклонения света», — добавил Ван в пресс-релизе.

Возможность интеграции этих моторов непосредственно на чипе и питания их светом открывает широкие перспективы. Учёные рассматривают будущее, в котором такие микро- и наномеханизмы смогут манипулировать мелкими частицами, управлять светом или интегрироваться в системы «лаборатория на чипе» для научных и медицинских исследований.

В частности, рассматривается возможность создания медицинских устройств с шестерёнками размером 16–20 мкм, что сопоставимо с размером человеческой клетки. Эти крошечные механзмы могут использоваться в качестве насосов или клапанов внутри человеческого тела для регулирования различных потоков.

Однако пока это лишь прототип, внедрение разработки в будущие механизмы и системы может занять несколько лет.