Phát minh bánh răng nhỏ hơn sợi tóc, chạy bằng ánh sáng

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Gothenburg (Thụy Điển) đã chế tạo thành công những bánh răng siêu nhỏ vận hành nhờ ánh sáng laser. Thành tựu này mở ra khả năng tạo ra các động cơ tí hon nhất từng có, đủ nhỏ để nằm gọn trong một sợi tóc và thậm chí hoạt động ở quy mô bằng kích thước tế bào người.

Trong công bố trên Science News, nhóm nghiên cứu cho biết họ đã thiết kế các bánh răng đường kính chỉ khoảng 0,016 mm, nhỏ hơn đường kính trung bình của một sợi tóc người.

Trước đây, việc thu nhỏ bánh răng gặp giới hạn ở kích thước 0,1 mm vì không thể chế tạo hệ truyền động cơ học đủ nhỏ để vận hành. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Gothenburg đã phá vỡ rào cản này bằng cách thay thế truyền động truyền thống bằng… ánh sáng laser.

Các bánh răng được chế tạo bằng silic, in trực tiếp trên vi mạch bằng công nghệ quang khắc, sau đó phủ lên lớp "siêu vật liệu quang học", những cấu trúc nano có khả năng bắt giữ và điều khiển ánh sáng. Khi chiếu laser vào, bánh răng bắt đầu quay. Cường độ ánh sáng quyết định tốc độ, còn sự thay đổi phân cực của tia laser cho phép điều chỉnh chiều quay.

Điều này đồng nghĩa với việc các nhà nghiên cứu đang tiến gần tới việc tạo ra "động cơ siêu nhỏ" vận hành bằng ánh sáng.

"Chúng tôi đã xây dựng một hệ truyền động trong đó bánh răng chạy bằng ánh sáng có thể kéo cả chuỗi bánh răng chuyển động. Chúng cũng có thể biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo chuyển động tuần hoàn hoặc điều khiển gương siêu nhỏ để bẻ hướng ánh sáng", tiến sĩ Gan Wang, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Theo ông, ưu điểm của phương pháp này là có thể tích hợp trực tiếp các máy móc tí hon lên chip và điều khiển chúng chỉ bằng ánh sáng, không cần tiếp xúc vật lý. Điều đó giúp dễ dàng mở rộng quy mô thành các hệ vi cơ phức tạp hơn.

"Đây là một cách nghĩ hoàn toàn mới về cơ học ở quy mô siêu nhỏ. Bằng việc thay thế khớp nối cồng kềnh bằng ánh sáng, chúng ta đã vượt qua rào cản kích thước", ông nhấn mạnh.

Khi các bánh răng có thể nhỏ đến 16-20 micromet, tức tương đương kích thước của nhiều tế bào người, tiềm năng ứng dụng trong y học trở nên vô cùng rộng mở. Gan Wang hình dung những động cơ ánh sáng này có thể hoạt động như bơm tí hon trong cơ thể, giúp điều tiết các dòng chảy vi mô, hoặc trở thành các van siêu nhỏ có khả năng mở - đóng chính xác.

Ngoài y học, công nghệ này cũng có thể ứng dụng trong các hệ thống "phòng thí nghiệm trên chip", kiểm soát ánh sáng, thao tác với hạt siêu nhỏ hay phát triển các thiết bị quang học thế hệ mới.

Trở lại chủ đề

MINH HẢI

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