Pesquisadores da Universidade de Gotemburgo desenvolveram engrenagens acionadas por luz em uma escala micrométrica. Isso abre caminho para os menores motores em chip da história, que podem caber dentro de uma linha de cabelo.
Engrenagens estão por toda parte – desde relógios e carros até robôs e turbinas eólicas. Há mais de 30 anos, pesquisadores tentam criar engrenagens ainda menores para construir micro-motores. No entanto, o progresso estagnou em 0,1 milímetros, uma vez que não era possível construir os trens de força necessários para fazê-las se mover em tamanhos menores.
Pesquisadores da Universidade de Gotemburgo, entre outros, romperam essa barreira ao abandonar os trens de força mecânicos tradicionais e utilizar luz a laser para mover diretamente as engrenagens.
Engrenagens movidas a luz
No seu novo estudo, os pesquisadores demonstram que máquinas microscópicas podem ser acionadas por metamateriais ópticos – pequenas estruturas padronizadas que podem capturar e controlar a luz em uma escala nanométrica. Usando litografia tradicional, engrenagens com um metamaterial óptico são fabricadas com silício diretamente em um microchip, com um diâmetro de algumas dezenas de micrômetros. Ao iluminar o metamaterial com um laser, os pesquisadores conseguem fazer a roda da engrenagem girar. A intensidade da luz do laser controla a velocidade, e também é possível mudar a direção da roda da engrenagem ao alterar a polarização da luz.
Os pesquisadores estão, assim, perto de criar micromotores.
Uma nova maneira de pensar
“Construímos um trem de engrenagem em que uma engrenagem movida a luz coloca toda a cadeia em movimento. As engrenagens também podem converter rotação em movimento linear, realizar movimentos periódicos e controlar espelhos microscópicos para defletir a luz”, diz o autor principal do estudo, Gan Wang, um pesquisador em física da matéria condensada na Universidade de Gotemburgo.
A capacidade de integrar tais máquinas diretamente em um chip e acioná-las com luz abre novas possibilidades. Como a luz a laser não requer contato fixo com a máquina e é fácil de controlar, o micromotor pode ser ampliado para sistemas microssistêmicos complexos.
“Esta é uma maneira fundamentalmente nova de pensar sobre mecânica em escala micrométrica. Ao substituir acoplamentos volumosos por luz, finalmente podemos superar a barreira de tamanho”, afirma Gan Wang.
Tamanho celular
Com esses avanços, os pesquisadores estão começando a imaginar micro e nanomáquinas que podem controlar a luz, manipular pequenas partículas ou serem integradas em futuros sistemas lab-on-a-chip. Uma roda de engrenagem pode ter apenas 16-20 micrômetros, e existem células humanas desse tamanho. A medicina é um campo que está ao nosso alcance, acredita Gan Wang.
“Podemos usar os novos micromotores como bombas dentro do corpo humano, por exemplo, para regular vários fluxos. Estou também estudando como eles funcionam como válvulas que abrem e fecham.”
