Когда луч света крутит шестерню: открытие, которое перевернёт медицину и электронику

Технологический мир сделал шаг, который ещё недавно казался из области фантастики: шведские учёные создали микродвигатели, работающие не на топливе и даже не на электричестве, а на свете. Эти миниатюрные механизмы могут изменить будущее медицины, микроэлектроники и сенсорных технологий.

Свет вместо топлива

В обычной жизни мы постоянно сталкиваемся с зубчатыми передачами — будь то часы, бытовая техника или автомобили. Но уменьшить такие системы до размеров клетки долгое время не удавалось: традиционные механизмы слишком громоздки и неэффективны в микромире.

Исследователи из Гётеборгского университета пошли другим путём. Они отказались от классических источников энергии и сделали ставку на лазер.

Поток света взаимодействует с оптическими метаматериалами и заставляет вращаться крошечные шестерёнки. Меняя интенсивность и поляризацию луча, можно точно регулировать направление и скорость вращения.

"Мы построили систему, где одна шестерня, приводимая в движение светом, заставляет работать всю цепочку", — пояснил первый автор исследования, физик Гань Ван.

Таким образом, свет заменил мотор, а фотонный поток стал топливом.

Как устроены микродвигатели

Микрошестерёнки диаметром 16-20 микрометров, что сопоставимо с размером клетки крови, напечатаны на кремниевом чипе методом литографии. Этот процесс предполагает нанесение светочувствительного слоя на поверхность кремния, после чего ультрафиолет через маску формирует заданный узор.

Результат — полноценный двигатель, работающий без топлива и электродов. Уникальность технологии в том, что управление движением происходит исключительно за счёт света.

Сравнение технологий

Где пригодятся микромоторы

1. В медицине — как микронасосы, регулирующие движение жидкостей в организме.
2. В электронике — для управления микрозеркалами, перенаправляющими световые сигналы.
3. В сенсорных системах — как часть "умных" имплантов, которые автоматически корректируют процессы.
4. В оптике — для сборки лазерных комплексов без механических контактов.

"Мы можем использовать эти микродвигатели как крошечные насосы внутри тела для регулирования потоков жидкостей", — отметил Ван.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Попытка уменьшить классический мотор → перегрев и потеря эффективности → использование фотонного потока.
• Управление механическими рычагами → неточность на микроуровне → настройка движения лазером.
• Применение стандартных материалов → свет не преобразуется → использование оптических метаматериалов.

Плюсы и минусы новой технологии

FAQ

Можно ли использовать их в бытовой технике?
Нет, они слишком малы. Их область применения — медицина, сенсоры и микроэлектроника.

Опасен ли лазер для организма?
Используются низкомощные лучи, не повреждающие ткани. Но технология проходит стадию исследований.

Когда такие моторы появятся в устройствах?
Учёные прогнозируют, что на это уйдёт не менее 5-10 лет, пока производство не станет массовым.

Мифы и правда

• Миф: микродвигатели — это уменьшенные копии обычных моторов.
  Правда: принцип иной, они работают на свете, а не на электричестве.

• Миф: их легко увидеть глазом.
  Правда: их диаметр в десятки раз меньше толщины человеческого волоса.

• Миф: лазерные моторы заменят все приводы.
  Правда: их ниша — сферы, где нужны точность и миниатюрность.

Исторический контекст

Попытки создать моторы микроразмеров предпринимались ещё в 1960-е годы, когда зарождалась микроэлектроника. Первые успехи пришли в 1980-90-х, когда появились микроэлектромеханические системы (MEMS).

Но классические подходы быстро упирались в физический предел. Прорыв стал возможен только сейчас, когда свет превратился в двигатель, а метаматериалы — в основу нового типа механики.

Три интересных факта

1. Шестерёнка в 16 мкм меньше пылинки, видимой на солнце.
2. Метаматериалы способны не только вращать моторы, но и "прятать" объекты от определённых волн света.
3. Лазерный микродвигатель можно встроить в процессорный чип, сделав его частью вычислительной системы.

А что если…

А что если подобные микродвигатели встроить прямо в организм? В теории они смогут работать как крошечные клапаны или насосы, регулирующие подачу лекарств, восстанавливающие кровоток или контролирующие давление.

Лазерное управление можно будет проводить через кожу, используя низкомощные лучи. До практического внедрения предстоит ещё много исследований, но сама идея уже перестала быть фантастикой.