Najmniejszy silnik na świecie nie wprawi naszych samochodów w ruch… ale ciała już naprawi
Zespół badawczy z Uniwersytetu w Göteborgu opracował rozwiązanie, które kompletnie rewolucjonizuje dziedzinę mikronapędów. Zamiast udoskonalać mechanikę, po prostu z niej zrezygnowano. Efekt? Najmniejsze na świecie silniki napędzane światłem, które bez problemu zmieszczą się wewnątrz pojedynczego ludzkiego włosa. Nowe mikrosilniki mają zaledwie 8 mikrometrów średnicy, co sprawia, że są porównywalne rozmiarem do ludzkich komórek. Są też przykładem zupełnie innego podejścia względem tego dotychczasowego, bo zamiast skomplikowanych przekładni i sprzęgieł, naukowcy postawili na metamateriały optyczne wytwarzane bezpośrednio na krzemowych mikrochipach.
Czytaj też: Toyota jest smutna i Audi w sumie też. Czemu śmiejesz się z technologii jutra?
Kluczową rolę w tym projekcie odgrywa precyzyjna kontrola światła laserowego. Intensywność wiązki bezpośrednio wpływa na prędkość obrotową, a zmiana polaryzacji natychmiast odwraca kierunek ruchu. Doprowadziło to do całkowitego porzucenia konieczności stosowania mechanicznych elementów sterujących, które do tej pory stanowiły główną przeszkodę w miniaturyzacji. Co ciekawe, cały proces produkcyjny opiera się na standardowej litografii znanej z przemysłu półprzewodnikowego. Oznacza to pełną kompatybilność z technologią CMOS, a tym samym teoretycznie otwiera drogę do masowej produkcji i stosunkowo łatwej integracji z istniejącymi układami elektronicznymi. Brzmi to wszystko obiecująco, choć jak zawsze w takich przypadkach, od prototypu do seryjnej produkcji droga bywa długa.
Czytaj też: Wjechał Shell i rozstawił wszystkich po kątach. Tak powinniśmy ładować elektryczne samochody
Naturalnie wydajność tych mikrosilników nie powala na kolana, bo ich maksymalny moment obrotowy wynosi 36 pikoniutonometrów, a sprawność konwersji energii oscyluje wokół poziomu 10-14. Są to jednak wartości typowe dla silników napędzanych światłem i w zupełności wystarczają do planowanych zastosowań. Dużo bardziej imponująca jest jednak ich trwałość, bo mikrosilniki zachowują pełną sprawność przez 11 godzin ciągłej pracy i nie wykazują oznak degradacji nawet po sześciu miesiącach przechowywania. To dobra wiadomość dla ewentualnych przyszłych zastosowań komercyjnych, choć na razie pozostajemy w sferze laboratoryjnych testów.
Naukowcom udało się również zademonstrować bardziej złożone układy mechaniczne – od prostych przekładni zębatych po systemy przekształcające ruch obrotowy na liniowy. Mikroskopijne zwierciadła sterowane przez te silniki potrafią precyzyjnie odchylać światło, co z kolei otwiera ciekawe możliwości w dziedzinie mikrooptyki. Największe nadzieje wiąże się jednak z medycyną. Biokompatybilność systemu zapewnia laser o długości fali 1064 nanometrów, który minimalizuje uszkodzenia tkanek biologicznych. Teoretycznie mikrosilniki mogłyby działać jako pompy lub zawory wewnątrz ludzkiego ciała, regulując różne przepływy z niespotykaną dotąd precyzją. Brzmi jak science fiction, ale badania idą właśnie w tym kierunku.
Czytaj też: Najambitniejszy projekt Tesli poleciał do kosza. Klienci wściekli, konkurencja triumfuje
Kolejnym potencjalnym obszarem zastosowań są systemy lab-on-a-chip. Możliwość manipulacji pojedynczymi cząstkami w skali mikrometrowej mogłaby zrewolucjonizować badania naukowe i diagnostykę medyczną. Chip wielkości paznokcia, który samodzielnie sortuje komórki czy analizuje próbki krwi, to już nie są marzenia, ale realne perspektywy. Naturalnie nie wszystko jest takie proste, bo sam wynalazek wciąż pozostaje prototypem, a praktyczne wdrożenie może zająć kilka lat. Naukowcy muszą jeszcze rozwiązać kwestie związane ze skalowaniem produkcji i integracją z szerszymi systemami, choć sama kompatybilność z istniejącymi procesami produkcyjnymi półprzewodników to ogromna zaleta.