Cientistas criam micromáquinas menores que um fio de cabelo humano

Engrenagens em todo lugar

As engrenagens estão em toda parte – desde relógios e carros até robôs e turbinas eólicas. Durante mais de 30 anos, pesquisadores têm tentado criar engrenagens ainda menores para construir micro-motores. Mas o progresso estagnou em 0,1 milímetros, pois não era possível construir os sistemas de transmissão necessários para movimentá-las em uma escala menor.

Pesquisadores da Universidade de Gotemburgo, entre outros, agora romperam essa barreira ao abandonar os sistemas de transmissão mecânica tradicionais e, em vez disso, usar luz laser para colocar as engrenagens em movimento diretamente.

Engrenagens movidas a luz

No novo estudo, os pesquisadores mostram 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 o diâmetro da engrenagem variando de algumas dezenas de micrômetros. Ao iluminar o metamaterial com um laser, os pesquisadores conseguem fazer a roda dentada girar. A intensidade da luz laser controla a velocidade, e também é possível mudar a direção da roda dentada ao alterar a polarização da luz.

Os pesquisadores estão, assim, próximos de criar micromotores.

Uma nova forma de pensar

“Construímos um trem de engrenagens 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 desviar a luz”, diz o primeiro autor 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 laser não requer nenhum contato fixo com a máquina e é fácil de controlar, o micromotor pode ser escalado para sistemas microscopicamente complexos.

“Esta é uma maneira fundamentalmente nova de pensar sobre mecânica em microescala. 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 luz, manipular pequenas partículas ou serem integradas em futuros sistemas de lab-on-a-chip. Uma roda dentada pode ter até 16-20 micrômetros, e há células humanas desse tamanho. A medicina é um campo que está ao alcance, acredita Gan Wang.

“Podemos usar os novos micromotores como bombas dentro do corpo humano, por exemplo, para regular diversos fluxos. Também estou analisando como funcionam como válvulas que abrem e fecham.”