哥德堡大學的研究人員最近宣布了一項引人注目的發明：史上最小的片上電動機。這種微型電動機小到可以「放進一根頭髮裡」，其特別之處在於，它能夠利用光來驅動齒輪，突破了微型機器發展中的一項長期瓶頸。齒輪在各種技術中扮演著至關重要的角色，例如時鐘、汽車、機器人，甚至風力發電機。隨著機器尺寸的逐漸縮小，工程師們一直在努力開發下一代齒輪，以滿足日益增長的需求。
在過去三十多年裡，微型引擎的齒輪設計一直停滯不前，最小的齒輪尺寸僅為0.1 毫米。這一主要障礙在於無法構建更小型的機械驅動系統。然而，這項新發展完全繞過了這一問題，摒棄了傳統機械，改用激光光源來驅動齒輪運動。研究的第一作者、哥德堡大學軟物質物理學研究員Gan Wang表示：「這是一種全新的微觀機械思維方式。通過用光替代笨重的連接，我們終於能夠突破這一尺寸障礙。」
這種創新的微型電動機依賴於先進的材料科學。研究團隊在微芯片上直接製造了具有特殊光學超材料的矽齒輪。這些微小的圖案結構旨在捕捉和控制納米級的光線。當激光照射到超材料上時，齒輪便開始旋轉。對這些微型齒輪的控制既精確又直觀，激光光線的強度直接影響齒輪的轉速，而通過改變光的偏振方向，則能瞬間改變其旋轉方向。這種無接觸的控制方式是一個重大優勢，因為它消除了對電動機任何物理連接的需求，使得這項技術具備了高度的可擴展性。
研究人員表示，他們已經構建了一個齒輪系統，其中光驅動的齒輪可以驅動整個鏈條的運動。這些齒輪還能將旋轉轉換為線性運動，執行周期性運動並控制微型鏡子以偏轉光線。能夠將這些電動機直接集成到芯片上並用光來驅動，為未來的應用打開了廣闊的可能性。研究人員目前正在構想未來這些微型和納米機械能夠操控小顆粒、控制光線，或整合進先進的「實驗室芯片」系統，用於科學和醫療研究。
未來的醫療設備可能會製造出直徑僅為16到20微米的齒輪，這一尺寸與人類細胞相當。這些微型機器可以作為人體內的泵或閥，調節各種流動。Wang表示：「我們可以將這些新型微型電動機用作人體內的泵，以調節各種流量。我也在研究它們如何作為能夠開關的閥門。」儘管目前這僅僅是一個電動機原型，但要將其發展應用於未來的機器可能還需要幾年的時間。相關研究成果已發表在《自然通訊》期刊上。
