Najmenší motor na svete poháňaný laserom prinesie revolúciu do medicíny
Predstavte si plne funkčný motor, kompletný s ozubenými kolesami a prevodmi, ktorý je taký nepatrný, že by sa bez problémov zmestil do prierezu jediného ľudského vlasu. Presne takýto prelomový úspech ohlásili vedci z Univerzity v Göteborgu, čím definitívne prekonali technologickú bariéru, ktorá brzdila pokrok v mikroinžinierstve celé tri desaťročia.
Tento úspech predstavuje fundamentálny skok vpred, ktorý otvára dvere do sveta miniatúrnych strojov, o akých sa nám doteraz ani nesnívalo. Počas posledných tridsiatich rokov sa sen o skutočne mikroskopických strojoch zastavil na hranici približne 0.1 milimetra, teda 100 mikrometrov.
Dôvod bol čisto fyzikálny: tradičné mechanické hnacie ústrojenstvo, teda miniatúrne hriadele a spojky prenášajúce pohyb, sa jednoducho nedali vyrobiť v menšom meradle. Tím z Göteborgu si uvedomil, že pokusy o ďalšie zmenšovanie starej technológie sú slepou uličkou, a preto sa rozhodol pre radikálne odlišný prístup.
Namiesto fyzických spojok použili na pohon svojich mikrostrojov čisté laserové svetlo. Kľúčom k tomuto riešeniu sú takzvané optické metamateriály, čo sú zložito vzorované štruktúry v nanometrovom meradle, navrhnuté tak, aby dokázali zachytávať a ovládať svetlo s bezprecedentnou presnosťou.
Samotné ozubené kolesá, s priemerom len niekoľko desiatok mikrometrov, sú vyrobené z kremíka priamo na mikročipe pomocou štandardných litografických postupov. Tento detail je kľúčový, pretože to znamená, že na výrobu týchto revolučných zariadení nie je potrebné vyvíjať nové a drahé výrobné technológie.
Namiesto toho je možné využiť osvedčené, škálovateľné a nákladovo efektívne procesy, ktoré už desaťročia zdokonaľuje multimiliardový polovodičový priemysel, čo dramaticky znižuje bariéry pre budúcu komercializáciu a masovú výrobu. Princíp fungovania je elegantne jednoduchý a zároveň geniálny.
Keď na metamateriál zasvieti laser, ozubené koleso sa začne otáčať. Tento systém umožňuje neuveriteľne jemné ovládanie; rýchlosť otáčania sa riadi intenzitou laserového lúča, zatiaľ čo smer otáčania je možné okamžite zmeniť úpravou polarizácie svetla.
Vedci dokázali zostrojiť celé prevodové sústavy, kde jedno svetlom poháňané koleso uvádza do pohybu celý reťazec ďalších komponentov. Tieto mikroskopické stroje dokážu prevádzať rotačný pohyb na lineárny, vykonávať periodické pohyby a dokonca ovládať mikroskopické zrkadlá na odkláňanie svetla.
Nejde teda len o jednoduchý motor, ale o prechod od mechaniky závislej od fyzického kontaktu k bezkontaktnej, poľom riadenej aktivácii, kde sa samotné svetlo stáva súčasťou stroja. Potenciálne aplikácie tejto technológie sú takmer neobmedzené a otvárajú úplne nové oblasti výskumu a vývoja.
Medzi najsľubnejšie patrí ovládanie svetla na mikroúrovni, manipulácia s jednotlivými časticami či pohon budúcich systémov typu „laboratórium na čipe“ pre ultrarýchlu diagnostiku. Najpôsobivejšia vízia sa však týka medicíny.
Zdroj Foto: Gan Wang
Vedúci autor štúdie, Gan Wang, načrtol budúcnosť, v ktorej by sa tieto mikromotory mohli používať ako pumpy vnútri ľudského tela na reguláciu prietokov alebo ako ventily, ktoré sa otvárajú a zatvárajú na príkaz zvonku. Vzhľadom na to, že veľkosť ozubeného kolesa sa pohybuje medzi 16 až 20 mikrometrami, čo je porovnateľné s veľkosťou niektorých ľudských buniek, táto vízia sa stáva hmatateľnou realitou.
Zdroj: eurekalert.org.
Zdroj Foto: depositphotos.com.
Zobrazit Galériu
