Исследователи из Гётеборгского университета создали микроскопические шестерни, работающие от света.
Это открывает путь к созданию самых маленьких в истории моторов на чипе, которые могут поместиться в толщине волоса. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41467-025-62869-6) в журнале Nature Communications.
Шестерни встречаются повсюду — от часов и автомобилей до роботов и ветряных турбин.
Более 30 лет исследователи пытаются создать ещё более мелкие шестерни, чтобы конструировать микродвигатели. Но прогресс остановился на отметке 0,1 миллиметра, так как не получалось построить необходимые для их движения трансмиссионные механизмы.
Исследователи из Гётеборгского университета преодолели этот барьер, отказавшись от традиционных механических трансмиссий и используя лазерный свет для приведения шестерён в движение напрямую.
В новом исследовании учёные показывают, что микроскопические машины можно приводить в движение с помощью оптических метаматериалов — небольших структурированных образований, которые могут улавливать и контролировать свет на наноуровне.
Используя традиционную литографию, шестерни с оптическим метаматериалом изготавливаются из кремния непосредственно на микрочипе, при этом диаметр шестерни составляет несколько десятков микрометров. Направляя на метаматериал лазер, исследователи могут заставить шестерню вращаться. Интенсивность лазерного света контролирует скорость, а изменить направление движения шестерни можно, изменив поляризацию света.
Исследователи близки к созданию микродвигателей.
«Мы создали зубчатую передачу, в которой шестерня с приводом от света приводит в движение всю цепь. Шестерни также могут преобразовывать вращение в линейное движение, выполнять периодические движения и управлять микроскопическими зеркалами для отклонения света», — говорит первый автор исследования Ган Ван, исследователь физики мягких материалов в Гётеборгском университете.
Возможность интегрировать такие машины непосредственно на чип и управлять ими с помощью света открывает совершенно новые возможности. Поскольку лазерный свет не требует фиксированного контакта с машиной и легко управляем, микродвигатель можно масштабировать до сложных микросистем.
«Это принципиально новый взгляд на механику в микромасштабе. Заменив громоздкие муфты светом, мы наконец-то преодолеем барьер размера», — говорит Ган Ван.
Благодаря этим достижениям исследователи начинают представлять себе микро- и наномашины, которые могут управлять светом, манипулировать мелкими частицами или быть интегрированными в будущие системы «лаборатория на чипе».
Шестерня может быть размером всего 16–20 микрометров, а существуют человеческие клетки такого размера. Медицина — это область, которая уже близко, считает Ган Ван.
«Мы можем использовать новые микродвигатели в качестве насосов внутри человеческого тела, например, для регулирования различных потоков. Я также изучаю, как они функционируют в качестве клапанов, которые открываются и закрываются».
Предоставлено [Гётеборгским университетом](https://phys.org/partners/university-of-gothenburg/).