خبر کامل
ساخت چرخ‌دنده‌های میکرومتری با حرکت نوری: انقلابی در فناوری نانو و پزشکی
انقلابی در فناوری نانو: ساخت چرخ‌دنده‌های میکرومتری با قابلیت حرکت نوری
پژوهشگران دانشگاه گوتنبرگ موفق به ساخت چرخ‌دنده‌هایی در مقیاس میکرومتر شده‌اند که با نور به حرکت درمی‌آیند. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز کوچک‌ترین موتورها روی تراشه در تاریخ باشد؛ موتورهایی که اندازه آنها به حدی کوچک است که می‌توانند درون یک تار مو جای گیرند و افق‌های جدیدی در فناوری نانو و پزشکی بگشایند.
چالش دیرینه کوچک‌سازی مکانیکی
چرخ‌دنده‌ها، اجزای حیاتی در طیف وسیعی از دستگاه‌ها، از ساعت و خودرو گرفته تا ربات‌ها و توربین‌های بادی هستند. برای بیش از سه دهه، دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا چرخ‌دنده‌هایی بسیار کوچک‌تر طراحی کنند تا امکان ساخت میکروموتورها فراهم شود. با این حال، این روند در اندازه ۰/۱ میلی‌متر متوقف مانده بود، زیرا ساخت سامانه‌های انتقال مکانیکی در مقیاس‌های کوچک‌تر با چالش‌های جدی مواجه بود.
غلبه بر محدودیت‌ها با نور لیزر
اکنون، پژوهشگران گوتنبرگ با کنار گذاشتن انتقال‌های مکانیکی سنتی و به‌کارگیری نور لیزر، این مانع را پشت سر گذاشته‌اند. آنها نشان داده‌اند که می‌توان چرخ‌دنده‌ها را با استفاده از متامتریال‌های نوری به حرکت درآورد. متامتریال‌های نوری، ساختارهای بسیار ریز و الگو‌داری هستند که قادر به جذب و کنترل نور در مقیاس نانو هستند.
نحوه عملکرد چرخ‌دنده‌های نوری
- ساخت: با فناوری لیتوگرافی سنتی، چرخ‌دنده‌هایی از جنس سیلیکون و مجهز به متامتریال نوری به‌طور مستقیم روی یک ریزتراشه ساخته می‌شوند.
- ابعاد: قطر این چرخ‌دنده‌ها تنها چند ده میکرومتر است.
- فعال‌سازی: هنگامی که پرتوی لیزر به آنها تابانده می‌شود، چرخ‌دنده شروع به چرخش می‌کند.
- کنترل: شدت نور سرعت حرکت را تعیین می‌کند و با تغییر پلاریزاسیون نور می‌توان جهت حرکت چرخ‌دنده را نیز عوض کرد.
گان وانگ، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر فیزیک ماده نرم در دانشگاه گوتنبرگ می‌گوید: «ما یک زنجیره چرخ‌دنده ساخته‌ایم که در آن یک چرخ‌دنده نوری کل مجموعه را به حرکت درمی‌آورد. این چرخ‌دنده‌ها می‌توانند حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل کنند، حرکات دوره‌ای انجام دهند و حتی آینه‌های میکروسکوپی را برای تغییر مسیر نور کنترل کنند.»
آینده‌ای روشن برای میکروموتورها
توانایی یکپارچه‌سازی این ماشین‌های میکروسکوپی با تراشه و حرکت دادن آنها توسط نور، افق‌های تازه‌ای در فناوری می‌گشاید. از آنجا که لیزر نیازی به تماس مستقیم با دستگاه ندارد و به‌راحتی قابل کنترل است، می‌توان این میکروموتورها را در مقیاس‌های بزرگ‌تر و در سامانه‌های پیچیده‌تر توسعه داد.
وانگ تاکید می‌کند: «این یک شیوه کاملاً جدید در اندیشیدن به مکانیک در مقیاس میکرو است. با جایگزینی اتصالات حجیم با نور، سرانجام توانسته‌ایم بر مانع کوچک‌سازی غلبه کنیم.»
کاربردهای بالقوه در پزشکی و فراتر از آن
پژوهشگران اکنون در حال تصور آینده‌ای هستند که در آن ماشین‌های میکرو و نانو قادر خواهند بود نور را کنترل کنند، ذرات ریز را جابه‌جا نمایند یا در سامانه‌های آزمایشگاه روی تراشه به کار روند. اندازه کوچک‌ترین چرخ‌دنده‌ها در این پژوهش تنها ۱۶ تا ۲۰ میکرومتر است؛ یعنی به بزرگی یک سلول انسانی. از همین رو، حوزه پزشکی یکی از کاربردهای مهم این فناوری محسوب می‌شود.
وانگ در این‌باره می‌گوید: «می‌توانیم از این میکروموتورهای تازه به‌عنوان پمپ درون بدن استفاده کنیم؛ برای نمونه در تنظیم جریان‌های مختلف. همچنین در حال بررسی کاربرد آنها به‌عنوان دریچه‌هایی هستیم که می‌توانند باز و بسته شوند.»
این پیشرفت می‌تواند تحولی بنیادین در فناوری نانو، پزشکی و طراحی سامانه‌های ریزمقیاس ایجاد کند و راه را برای نسل جدیدی از دستگاه‌های هوشمند و کوچک هموار سازد.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
