光驱微米齿轮：激光驱动的超微型马达技术突破

科学家制造出比人类头发丝更小的微马达

哥德堡大学的研究人员在微米尺度上制造出了光驱齿轮。这为史上最小的片上马达铺平了道路，其尺寸足以嵌入一根发丝内部。

齿轮无处不在——从钟表、汽车到机器人和风力涡轮机。三十多年来，研究人员一直试图制造更小的齿轮以构建微型发动机。但进展停滞在0.1毫米，因为无法制造更小尺寸所需的传动装置。

哥德堡大学等机构的研究人员现已突破了这一障碍，他们摒弃了传统的机械传动装置，转而使用激光直接驱动齿轮运动。

光驱齿轮

在他们新的研究中，研究人员证明，微型机器可以由光学超材料驱动——这是一种能够在纳米尺度上捕获和控制光的小型、图案化结构。研究人员使用传统光刻技术，直接在微芯片上用硅制造出带有光学超材料的齿轮，齿轮直径仅为几十微米。通过用激光照射超材料，研究人员可以使齿轮旋转。激光强度控制转速，并且通过改变光的偏振方向，也可以改变齿轮的旋转方向。

研究人员因此非常接近制造出真正的微马达。

一种新的思维方式

“我们构建了一个齿轮组，其中一个光驱齿轮带动整个链条运动。这些齿轮还能将旋转运动转换为线性运动，执行周期性运动，并控制微观镜片以偏转光线，”该研究的第一作者、哥德堡大学软物质物理学研究员Gan Wang说道。

能够将此类机器直接集成到芯片上并用光驱动，开启了全新的可能性。由于激光不需要与机器有任何物理接触且易于控制，微马达可以扩展为复杂的微系统。
“这是在微观尺度上思考力学的一种根本性新方式。通过用光取代笨重的耦合装置，我们最终能够突破尺寸障碍，”Gan Wang说。

细胞尺度

随着这些进展，研究人员开始设想能够控制光、操纵微小粒子或集成到未来芯片实验室系统中的微米和纳米机器。一个齿轮可以小至16-20微米，而这个尺寸正好与一些人体细胞相当。Gan Wang相信，医学是一个触手可及的领域。
“我们可以将这种新型微马达用作人体内部的泵，例如调节各种流体流动。我也在研究它们如何作为阀门实现开闭功能。”
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