新型光动力马达可装入头发丝中

研究人员成功制造出微米级的光动力齿轮。这为史上最小的片上电机奠定了基础，这种电机甚至可以装入一根头发丝中。

齿轮无处不在——从钟表、汽车到机器人和风力涡轮机。30多年来，研究人员一直致力于制造更小的齿轮，以构建微型发动机。但由于无法制造出使齿轮运转所需的传动系统，这一进展在0.1毫米的范围内停滞不前。

哥德堡大学等机构的研究人员现已突破这一障碍，他们抛弃了传统的机械传动系统，而是使用激光直接驱动齿轮。

光驱动的齿轮

在他们的新研究（《自然通讯》 “微观齿轮驱动超机械”）中，研究人员展示了微型机械可以由光学超材料驱动——这种小型图案化结构能够在纳米尺度上捕获和控制光线。利用传统的光刻技术，研究人员将硅片直接制成带有光学超材料的齿轮，齿轮直径只有几十微米。通过用激光照射超材料，研究人员可以使齿轮旋转。激光的强度可以控制速度，也可以通过改变光的偏振来改变齿轮的方向。

由此，研究人员已经接近制造出微型马达。

新的思维方式

“我们构建了一个齿轮系，其中光驱动的齿轮带动整个链条运动。这些齿轮还可以将旋转转换为线性运动，执行周期性运动，并控制微镜偏转光线，”该研究的第一作者、哥德堡大学软物质物理学研究员王干说道。

将这类机器直接集成到芯片上并用光驱动，开辟了全新的可能性。由于激光无需与机器进行任何固定接触，且易于控制，微电机可以扩展到复杂的微系统。

“这是一种从根本上思考微观力学的全新方式。通过用光取代笨重的耦合器，我们最终可以克服尺寸障碍。”王干说道。

单元格大小

随着这些进展，研究人员开始设想能够控制光、操纵微小颗粒或集成到未来芯片实验室系统的微纳米机器。齿轮可以小到16到20微米，人体细胞也有这种尺寸。王干相信，医学是一个触手可及的领域。

“我们可以将新型微电机用作人体内的泵，例如调节各种流量。我还在研究它们如何作为阀门进行开关。”

来源：哥德堡大学