Ozubené mikrokolo s optickým metamateriálem. Kredit: Gan Wang.

Ozubená kola jsou k vidění v téměř každém strojku, od hodin a aut až po roboty a větrné elektrárny. Vědci a inženýři se usilovně snaží ozubená kola zmenšit, aby bylo možné postavit nepatrné mikromotory. Zpočátku se jim to dařilo, ale pak zmenšování ozubených kol na dlouhou dobu zamrzlo na velikosti zhruba 0,1 mm, protože menší pohony už přestávají fungovat.

Giovanni Volpe. Kredit: Göteborgs universitet.

Giovanni Volpe ze švédské Göteborgs universitet a jeho spolupracovníci přicházejí s průlomem, který nepochybně povede ke zmenšení mikromotorů. Úplně obešli klasický mechanický pohon a namísto toho vyrobili ozubená mikrokola z optických metamateriálů, které je možné roztočit laserovým paprskem.

Logo. Kredit: Göteborgs universitet.

Metamateriály jsou materiály se speciální strukturou, která umožňuje v nanoměřítku manipulovat se světlem. S použitím klasické litografie vyrobili mikročip s ozubenými kolečky, která mají průměr jen pár desítek mikrometrů. Když na takový čip posvítili laserovým paprskem, ozubené kolečko s metamateriálem se roztočilo.

Ukázalo se, že intenzita laserového paprsku ovládá rychlost otáčení. Také je možné změnit směr otáčení ozubeného kola změnou polarizace použitého světla. Ozubená kola nového pohonu také převádějí rotaci na lineární pohyb, provádějí periodické pohyby a ovládají mikroskopická zrcadla, která odrážejí světlo.

Na obzoru se již rýsují nové mikromotory, jejichž ozubená kola budou mít velikost 16 až 20 mikrometrů. To je velikost odpovídající některým lidským buňkám. Mikromotory by mohly fungovat třeba jako pumpy v lidském těle nebo třeba ventily, které je možné otevřít nebo zavřít.

Video: Giovanni Volpe - Deep Learning for Imaging and Microscopy

Literatura

EurekAlert! 18. 9. 2025.

Nature Communications 16: 7767.