Erfindung von Zahnrädern, die kleiner als ein Haar sind und durch Licht angetrieben werden

Schwedische Wissenschaftler haben winzige, mit Laserlicht betriebene Zahnräder entwickelt, die so klein sind, dass sie in ein menschliches Haar passen.

Lichtbetriebene Mikrozahnräder könnten die Medizin revolutionieren – Foto: Gan Wang

Forschern der Universität Göteborg (Schweden) ist es gelungen, mikroskopisch kleine Zahnräder zu entwickeln, die mit Laserlicht betrieben werden. Diese Leistung eröffnet die Möglichkeit, die kleinsten Motoren aller Zeiten zu entwickeln, die so klein sind, dass sie in ein Haar passen und sogar im Maßstab einer menschlichen Zelle funktionieren.

In einer Veröffentlichung in Science News erklärte das Team, dass sie Zahnräder mit einem Durchmesser von nur 0,016 mm entwickelt hätten, also kleiner als der durchschnittliche Durchmesser eines menschlichen Haares.

Bisher war die Miniaturisierung von Zahnrädern auf 0,1 mm begrenzt, da es unmöglich war, mechanische Antriebe klein genug für den Betrieb zu machen. Göteborger Forscher haben diese Barriere jedoch durchbrochen, indem sie herkömmliche Antriebe durch … Laserlicht ersetzten.

Die Zahnräder bestehen aus Silizium, werden mittels Fotolithografie direkt auf den Mikrochip gedruckt und anschließend mit einer Schicht aus „optischen Metamaterialien“ überzogen – Nanostrukturen, die Licht einfangen und steuern können. Bestrahlt man sie mit einem Laser, beginnen sich die Zahnräder zu drehen. Die Lichtintensität bestimmt die Geschwindigkeit, während sich durch Veränderung der Polarisation des Lasers die Drehrichtung einstellen lässt.

Dies bedeutet, dass die Forscher der Entwicklung von „Mikromotoren“, die mit Licht betrieben werden, einen Schritt näher kommen.

„Wir haben ein Übertragungssystem entwickelt, bei dem lichtbetriebene Zahnräder eine Zahnradkette antreiben können. Sie können auch Rotationsbewegungen in Translationsbewegungen umwandeln, periodische Bewegungen erzeugen oder Mikrospiegel steuern, um Licht zu brechen“, sagte Dr. Gan Wang, Hauptautor der Studie.

Der Vorteil dieser Methode bestehe darin, dass sich winzige Maschinen direkt auf dem Chip integrieren und ohne physischen Kontakt nur mit Licht steuern ließen. Das erleichtere die Skalierung auf komplexere mikromechanische Systeme.

„Dies ist eine völlig neue Art, über Mechanik im mikroskopischen Maßstab nachzudenken. Indem wir sperrige Gelenke durch Licht ersetzen, haben wir die Größenbarriere überwunden“, betonte er.

Da die Zahnräder nur 16 bis 20 Mikrometer groß sein können – also die Größe vieler menschlicher Zellen –, eröffnen sich enorme Möglichkeiten für medizinische Anwendungen. Gan Wang stellt sich vor, dass diese Lichtmaschinen als winzige Pumpen im Körper fungieren und dabei helfen, Mikroströme zu regulieren, oder als mikroskopische Ventile, die sich präzise öffnen und schließen lassen.

Außer in der Medizin kann diese Technologie auch in „Lab-on-a-Chip“-Systemen eingesetzt werden, beispielsweise zur Steuerung von Licht, zur Manipulation mikroskopischer Partikel oder zur Entwicklung optischer Geräte der neuen Generation.

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MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/phat-minh-banh-rang-nho-hon-soi-toc-chay-bang-anh-sang-20250921235938555.htm