Motor energizado por luz y tan pequeño como el grosor de un cabello humano

Hay engranajes en infinidad de dispositivos: desde relojes hasta coches, desde turbinas eólicas hasta robots. Pero, a pesar de que desde hace más de 30 años se trabaja arduamente para lograr engranajes tan pequeños que permitan fabricar micromotores viables, el progreso se estancó en 0,1 milímetros.

Un equipo encabezado por Gan Wang, de la Universidad de Gotemburgo en Suecia, ha superado esta barrera al abandonar los sistemas de transmisión mecánica tradicionales y, en su lugar, utilizar luz láser para poner en movimiento los engranajes directamente.

Estos investigadores han demostrado que es factible accionar máquinas microscópicas mediante metamateriales ópticos: pequeñas estructuras con patrones que permiten capturar y controlar la luz a nanoescala. Mediante la litografía tradicional, se fabrican engranajes con silicio y un metamaterial óptico especial, directamente en un microchip, lográndose con éxito una miniaturización de hasta unas pocas decenas de micrómetros de diámetro. Al proyectar un láser sobre el metamaterial, los investigadores pueden hacer girar la rueda dentada. La intensidad de la luz láser controla la velocidad, y también es posible cambiar el sentido del movimiento del engranaje modificando la polarización de la luz.

Wang y sus colegas han construido un tren de engranajes en el que un engranaje accionado por luz pone en movimiento toda la cadena. Los engranajes también pueden convertir la rotación en movimiento lineal, realizar movimientos periódicos y controlar espejos microscópicos para reflejar la luz.

La capacidad de integrar estas máquinas directamente en un chip y accionarlas con luz abre posibilidades completamente nuevas. Dado que la luz láser no requiere contacto fijo con la máquina y es fácil de controlar, el micromotor puede ser de tamaño muy pequeño, superando finalmente la barrera del tamaño, y siendo capaz de formar parte de microsistemas muy complejos.

El tercer engranaje desde la izquierda tiene un metamaterial óptico que reacciona a la luz láser y lo mueve. Cada engranaje tiene un diámetro aproximado de 0,016 milímetros. (Foto: Gan Wang)

Wang y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva estrategia de miniaturización de motores en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Microscopic geared metamachines”. (Fuente: NCYT de Amazings)