پژوهشگران دانشگاه گوتنبرگ سوئد موفق به ساخت «کوچکترین موتور روی تراشه در تاریخ» شدهاند.
به گزارش تکناک، این موتور به اندازهای کوچک است که میتواند داخل یک تار مو جا بگیرد. این اختراع نوآورانه با استفاده از چرخدندههای نانومقیاس و انرژی نور، مانعی را کنار زده است که بیش از سه دهه سد راه توسعه میکروموتورها بود.
چرخدندهها از گذشته تاکنون نقشی اساسی در فناوریهای مختلف از ساعت و خودرو گرفته تا ربات و توربینهای بادی ایفا کردهاند. با کوچکتر شدن دستگاهها، تلاش برای ساخت چرخدندههای ریزتر نیز شدت گرفته است. با وجود این، بیش از ۳۰ سال بود که تولید چرخدندههایی کوچکتر از ۰.۱ میلیمتر ممکن نشده بود. دلیل اصلی، محدودیتهای مکانیکی و ناتوانی در ساخت سیستمهای محرک در ابعاد کوچکتر بود. اما تیم تحقیقاتی گوتنبرگ توانست با کنار گذاشتن مکانیک سنتی و بهرهگیری از نور لیزر، راهی کاملاً جدید معرفی کند و به موفقیتی تاریخی دست یابد.
کلید این موفقیت در بهکارگیری متامادههای نوری نهفته است؛ ساختارهایی مهندسیشده که قابلیت به دام انداختن و کنترل نور در ابعاد نانو را دارند. پژوهشگران با استفاده از این متامواد، چرخدندههایی از جنس سیلیس ساختند، که به صورت مستقیم روی تراشه قرار میگیرند. زمانی که نور لیزر به این ساختارها تابیده میشود، چرخدندهها شروع به چرخش میکنند. شدت نور، سرعت حرکت چرخدندهها را تعیین میکند و با تغییر قطبش نور، جهت حرکت آنها به طور لحظهای عوض میشود. این سطح از دقت و کنترل، بدون هیچگونه تماس فیزیکی، گامی بزرگ در فناوریهای میکروسکوپی محسوب میشود.
گان وانگ، پژوهشگر فیزیک ماده نرم و نویسنده اصلی این مطالعه درباره ساخت کوچکترین موتور روی تراشه گفت: «این یک رویکرد کاملاً تازه به مکانیک در مقیاس میکرو است. با جایگزینی اتصالات حجیم با نور، توانستیم بر مانع اندازه غلبه کنیم.»
به گفته او، این تیم موفق شده است زنجیرهای از چرخدندهها را بسازد که در آن یک چرخدنده نوری کل زنجیره را به حرکت درمیآورد. این زنجیره قادر است حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل کند، حرکات دورهای انجام دهد و حتی آینههای میکروسکوپی را برای تغییر مسیر نور کنترل کند.
مزیت بزرگ این فناوری در مقیاسپذیری بالای آن است. حذف اتصالات فیزیکی، امکان توسعه گستردهتر این موتورها را فراهم میآورد و مسیر را برای کاربردهای علمی و صنعتی هموار میکند. پژوهشگران بر این باور هستند که میتوان از این موتورها در آینده برای جابهجایی ذرات بسیار کوچک، کنترل نور و ادغام در سیستمهای «آزمایشگاه روی تراشه» بهره گرفت.
یکی از چشماندازهای مهم این فناوری در حوزه پزشکی است. اندازه این موتورها در حدود ۱۶ تا ۲۰ میکرومتر است، که تقریباً برابر با اندازه یک سلول انسانی میباشد. چنین ابعادی میتواند تحولی در ساخت تجهیزات پزشکی آینده ایجاد کند. به گفته وانگ، این موتورها میتوانند به عنوان پمپ درون بدن انسان به کار روند تا جریان مایعات را تنظیم کنند، یا به صورت دریچههایی عمل نمایند که باز و بسته میشوند. او توضیح داد: «ما میتوانیم از این موتورها به عنوان پمپ در بدن استفاده کنیم، به عنوان مثال، میتوان از آنها برای تنظیم جریانهای مختلف بهره گرفت. همچنین عملکرد آنها را به عنوان دریچههایی مورد بررسی قرار دهیم که باز و بسته میشوند.»
با وجود این پیشرفت بزرگ، موتور نوری ساختهشده هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد و برای بهکارگیری در دستگاههای واقعی، نیازمند سالها پژوهش و توسعه بیشتر است. با وجود این، انتشار نتایج این پژوهش در ژورنال معتبر Nature Communications نشان میدهد که جامعه علمی به پتانسیل عظیم این فناوری واقف است.
این دستاورد نهتنها یک موفقیت علمی برجسته به حساب میآید، بلکه میتواند آغازگر عصری تازه در طراحی ماشینهای میکروسکوپی و نانومقیاس باشد؛ عصری که در آن نور، جایگزین مکانیک سنتی میشود و مسیرهای تازهای را برای علم و فناوری هموار میسازد.
