科学家研制出小于人类头发直径的微型马达

齿轮无处不在——从钟表、汽车到机器人和风力涡轮机。三十多年来，研究人员一直致力于制造更微型的齿轮以构建微型发动机。但进展停滞在0.1毫米，因为无法制造出驱动更小齿轮所需的传动系统。

目前，哥德堡大学等机构的研究人员通过摒弃传统机械传动系统，转而利用激光直接驱动齿轮，成功突破了这一限制。

光能驱动的齿轮

在其新研究中，研究人员展示了微型机器可由光学超材料驱动——这是一种能在纳米尺度捕获和控制光的微小图案化结构。采用传统光刻技术，研究人员直接在微芯片上用硅制造出带有光学超材料的齿轮，其直径仅为几十微米。通过将激光照射在超材料上，齿轮可产生旋转。激光强度控制转速，还能通过改变光偏振方向来调整齿轮转向。

研究人员由此接近实现微型发动机的制造。

全新设计理念

"我们构建的齿轮组中，光驱齿轮带动整个链条运行。这些齿轮还能将旋转转化为线性运动，执行周期性动作，并可操控微镜实现光线偏转，"该研究第一作者、哥德堡大学软物质物理研究员王赣（Gan Wang）解释道。

将此类机器直接集成到芯片并用光驱动的能力，开启了全新的可能性。由于激光无需与机器实体接触且易于控制，该微型发动机可扩展至复杂微系统。

"这代表着微观机械设计的根本性革新。用光替代笨重的机械耦合装置，我们终于突破了尺寸限制，"王赣表示。

细胞级尺寸

伴随这些突破，研究人员开始构想能够调控光线、操纵微粒或集成于未来芯片实验室系统的微纳机器。齿轮最小可达16-20微米——人类细胞的大小就在这个范围内。王赣认为医学是极具潜力的应用领域。

"例如可将新型微型发动机作为人体内的微型泵，用于调控各类流体。我们也在探索其作为开合阀门的应用潜力。"