Ученые разработали шестеренки микрометрового масштаба: зачем они нужны
Ученые из Гетеборгского университета разработали уникальные шестеренки размером менее толщины волоска. Они работают исключительно на энергии света. Их изобретение обещает стать основой для производства самых миниатюрных двигателей, встраиваемых прямо внутрь компьютерных микросхем, пишет ScienceDaily.
От часов и машин до роботов и ветрогенераторов — шестеренки присутствуют практически везде. Уже три десятилетия ученые пытаются сделать их еще меньше, чтобы разработать микродвигатели. Существующий технологический уровень остановился на отметке 0,1 мм, так как было сложно придумать подходящие приводы для дальнейшего уменьшения размеров.
Шведские ученые смогли решить проблему, перейдя от привычных механических решений к воздействию лазерного света, который напрямую заставляет шестеренки двигаться. Они использовали специально разработанные оптические метаматериалы, обладающие способностью захватывать и направлять свет на наноуровне. Для изготовления крошечных шестеренок применяется стандартная фотолитография, позволяющая формировать структуры диаметром лишь десятки микрон. Облученные лазерным пучком, эти миниатюрные элементы начинают вращаться. Чем интенсивнее свет, тем быстрее крутится механизм, а изменение направления вращения достигается простой сменой поляризации излучения.
«Мы сконструировали систему, где одна шестеренка, управляемая светом, запускает весь механизм. Эти шестеренки могут превращать вращательное движение в поступательное, выполнять повторяющиеся операции и управлять микроскопическими зеркалами для отклонения света», — объясняет первый автор исследования Гань Ван, ученый в области физики мягких сред в Гетеборгском университете.
Интеграция подобных устройств непосредственно в компьютерные чипы и управление ими с помощью света открывает невиданные ранее горизонты возможностей. Лазерный луч не нуждается в физическом контакте с механизмом, позволяя точно настраивать скорость и направление вращения. Таким образом, появилась возможность создавать сложные микросистемы с большим количеством функциональных компонентов. Диаметр созданных шестеренок может достигать всего 16−20 микрометров, что сопоставимо с размерами человеческих клеток. По мнению разработчиков, медицина станет одной из первых отраслей, где найдут свое применение эти миниатюрные моторы.
Ранее физики впервые смогли следить за тем, как магнитное ядро атома меняет свой спин, и это важнейшее открытие для развития квантовых технологий — от сенсоров до симуляций на уровне отдельных атомов.
