ساخت چرخ‌دنده‌هایی کوچک‌تر از سلول انسان که با لیزر حرکت می‌کنند

دانشمندان سوئدی چرخ‌دنده‌های میکروسکوپی ساخته‌اند که با نور لیزر به حرکت درمی‌آیند. این دستاورد پس از ۳۰ سال رکود در این حوزه اتفاق افتاده است و برای ساخت میکروموتورهایی به اندازه سلول‌های انسان کاربرد دارد.

بیش از سه دهه بود که دیگر کسی تلاش نمی‌کرد تا موتورها و ماشین‌های مکانیکی را از ۰.۱ میلی‌متر کوچک‌تر بکند. مشکل اصلی، پیچیدگی ساخت سیستم‌های انتقال نیروی فیزیکی (مانند شفت و محور) در چنین ابعاد کوچکی بود. اما اکنون محققان دانشگاه گوتنبرگ سوئد با کنار گذاشتن کامل اتصالات مکانیکی سنتی و جایگزین‌کردن آن با نور، این مانع بزرگ را از سر راه برداشته‌اند. این ابداع یک تغییر پارادایم کامل در مهندسی مکانیک در مقیاس میکرو است.

این چرخ‌دنده‌های کوچک چگونه کار می‌کنند؟

براساس گزارش Sciencedaily، این فناوری از فرامواد نوری استفاده می‌کند. محققان با استفاده از تکنیک‌های استاندارد ساخت تراشه، چرخ‌دنده‌هایی از جنس سیلیکون ساخته‌اند که قطر آنها فقط چند ده میکرومتر (کوچک‌تر از تار موی انسان) است. روی سطح این چرخ‌دنده‌ها، الگوهای بسیار ریزی از فرامواد حک می‌شود. زمانی که یک پرتو لیزر به این الگوها تابانده می‌شود، فرامواد نور را جذب و آن را به نیروی حرکتی تبدیل می‌کنند که باعث چرخش چرخ‌دنده می‌شود. 

کنترل این سیستم نیز ساده است. با تغییر شدت نور لیزر می‌توان سرعت چرخش را کم یا ‌زیاد و با تغییر قطبش نور جهت چرخش را معکوس کرد.

از آنجایی که این چرخ‌دنده‌ها می‌توانند به اندازه سلول‌های انسان (حدود ۱۶ تا ۲۰ میکرومتر) کوچک باشند، پتانسیل آنها در حوزه پزشکی بسیار زیاد است. محققان می‌گویند می‌توان از این میکروموتورها برای ساخت پمپ‌های بسیار ریزی استفاده کرد که در داخل بدن انسان برای تنظیم جریان خون یا دارو به کار می‌روند. همچنین می‌توان از آنها به عنوان دریچه‌های میکروسکوپی برای باز و بسته‌کردن کانال‌های سلولی استفاده کرد.

درکل این ساخت میکروموتورهای نوری فصلی جدید را در دنیای نانوتکنولوژی و مهندسی میکرو باز می‌کند. این فناوری با حذف محدودیت‌های فیزیکی و استفاده از یک منبع انرژی پاک و قابل کنترل مانند نور، می‌تواند در ساخت ماشین‌هایی به‌کار رود که تا پیش‌ازاین فقط در فیلم‌های علمی-تخیلی وجود داشتند.

یافته‌های این پژوهش در نیچر منتشر شده است.