瑞典研究人員開發出微米尺寸光碟機動齒輪

馬思遠

瑞典哥德堡大學領銜的研究團隊新近研發出一種由光驅動的微型齒輪，直徑僅幾十微米，甚至能够嵌入一根頭髮絲中。 這為開發微米尺度的晶片內微電機系統鋪平了道路。

哥德堡大學近日發佈新聞公報說，齒輪是人類機械文明的重要部件，從鐘錶、汽車到機器人和風力渦輪機無處不在。 多年來，科學界一直試圖將齒輪進一步微型化，用於製造微型電機系統，但由於傳統機械傳動系統在構建和耦合上的複雜性，相關研究長期止步於0.1毫米的尺寸瓶頸。

該研究團隊提出一種替代方法突破了這一限制。 他們利用標準光刻技術，在微芯片上製造出矽基的帶有光學超表面的微型齒輪，其直徑僅幾十微米，運動精度可達亞微米級。 實驗顯示，當雷射照射在超表面上，齒輪便能旋轉； 雷射强度决定轉速，而改變光的偏振方向則能控制旋轉方向。

據研究人員介紹，用該方法設計的光碟機動齒輪不僅可以單獨旋轉，還能形成齒輪傳動系統，由其中一個光碟機動齒輪帶動整個齒輪鏈條運轉。 光驅動優勢在於無需與機器產生固定接觸，且易於控制，這為微電機擴展到複雜微系統提供了可能。

研究人員認為，這一成果為微納尺度機械動力學提供了全新思路。 通過用光取代笨重的機械耦合器，有望突破尺寸障礙，製造出史上最小的微型晶片電機。

研究人員表示，未來這類齒輪可縮小至16至20微米，與人體細胞大小相當，在醫學領域應用前景廣闊。 例如，用該科技製造的微電機可作為人體內的“微型泵”，用於調節液體流動； 此外還有望用於光學操控、顆粒處理以及開發微流控晶片實驗室系統等方面。

相關論文近期發表在國際學術期刊《自然-通訊》上。