محققانی از دانشگاه‌های گوتنبرگ و چند تا دانشگاه دیگه «موتورهای میکروسکوپی» توسعه دادن که با نور کنترل می‌شن و سدی که سه دهه مانع کوچک‌سازی ماشین‌های مکانیکی بود رو شکستن. فناوری ساخت موتورهای میکرو و چرخ‌دنده‌ها زیر مقیاس ۰٫۱ میلی‌متر گیر کرده بود! نه به‌خاطر قوانین فیزیک، بلکه به‌خاطر پیچیدگی ساخت محرک‌ها و اتصالات تو این ابعاد. این محقق‌ها به‌جای میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، یه متاسطح نوری رو خود چرخ‌دنده نشوندن که با نور تخت نیرو می‌گیره و حرکت تولید می‌کنه. نتیجه، ماشین‌هایی با ابعاد چند ده میکرومتر و دقت حرکتی زیرمیکرومتریه که روی یه تراشهٔ شیشه‌ای یا سیلیکونی و با لیتوگرافی استاندارد ساخته می‌شه.

قلب این فناوری یه «متاروتوره»! یه رینگ میکروسکوپی با متاسطح نوری که روی یه پایهٔ ستونی مهار شده و تو محیط مایع آزادانه می‌چرخه. نور ورودی روی متاسطح پراکنده می‌شه و طبق پایستگی تکانهٔ نوری، نیرویی در خلاف جهت به حلقه وارد می‌شه و گشتاور ایجاد می‌کنه. با تغییر طراحی متاسطح یا شدت و قطبش نور، سرعت زاویه‌ای و حتی جهت چرخش رو می‌شه لحظه‌ای تنظیم کرد. این فرآیند با CMOS و لیتوگرافی معمول سازگاره و الان ده‌ها هزار واحد تو مساحت ۵×۵ میلی‌متر روی یه تراشه ساخته شده‌.

برای نمایش قابلیت‌ها، چند متاماشین کاربردی ساختن:
– یه قطار چرخ‌دنده که با یه «متاچرخ‌دنده» محرک، چندین چرخ‌دندهٔ غیرفعال رو به حرکت درمی‌آره و بسته به نسبت قطرها گشتاور یا سرعت رو تقویت می‌کنه.
– یه سیستم رک‌و‌پینیون که حرکت دورانی متاروتور رو به حرکت خطی رفت‌وبرگشتی تبدیل می‌کنه و جهت حرکت با تغییر قطبش نور کنترل می‌شه.
– یه رک مجهز به آینه‌های طلا که می‌تونه نور رو در مقیاس میکرو منحرف یا مسدود کنه و جایگزین آینه‌های الکترواستاتیکی موجود تو کاربردهای جابجایی بزرگ بشه.

مزایای این رویکرد منبع انرژی تمیز و در دسترس (نور)، سازگاری با محیط‌های زیستی (لیزر ۱۰۶۴ نانومتر آسیب کمی به سلول‌ها و باکتری‌ها داره)، تولید انبوه و یکپارچه‌سازی با اجزای نوری و الکترونیکی دیگه روی تراشه ست. محدودیت‌های فعلی هم بازده پایین و حساسیت به آلودگی محیطیه که خود نویسنده‌ها پیشنهاد دادن با مواد فازتغییری یا آینه‌های تطبیقی به‌صورت پویا رفع بشه.

این موتورهای میکروسکوپی می‌تونن تو خیلی زمینه‌ها کاربرد پیدا کنن. از جابه‌جایی و دسته‌بندی ذرات خیلی ریز تو آزمایشگاه‌های زیستی و شیمیایی گرفته، تا کنترل نور یا فیلترهای نوری تو سیستم‌های ارتباطی و حسگرها. حتی می‌تونن تو روبات‌های میکروسکوپی حرکت بدن، یا اجزای مکانیکی کوچیک مثل دریچه‌ها، سوپاپ‌ها و بازوهای میکرومکانیکی رو حرکت بدن. به‌خاطر دقت زیرمیکرومتری، می‌شه حرکت‌های خیلی ظریف و پیچیده ساخت و به صورت همزمان چندین وظیفهٔ متفاوت روی یه تراشه انجام داد. تو یه سطح تخیلی‌تر، این موتورهای میکروسکوپی می‌تونن تو پوشیدنی‌های نانو یا روبات‌های خودگردان میکروسکوپی کار کنن که خون یا سلول‌ها رو کنترل می‌کنن، یا حتی تو سیستم‌های نوری پیشرفته مثل «پوشش نامرئی‌کننده» و میکروآینه‌های متحرک برای تغییر مسیر نور در لحظه به کار برن.

اصل مقاله رو می‌تونید تو این لینک بخونید.

📡openpcb