咱們平時聽說的電機都得占不小地方,可最近哥德堡大學(xué)的研究人員整出了個狠活,把電機做到能塞進頭發(fā)絲里。
這可不是小打小鬧的改進,要知道過去三十多年,研究人員一直想把齒輪做小來搞微型引擎,可卡在0.1毫米就動不了了,主要是傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)根本帶不動更小的齒輪。
這次他們直接換了思路,不用機械傳動那套東西,改成用激光驅(qū)動,一下子就突破了這個卡了幾十年的瓶頸。
這種新的微型齒輪,靠的是一種叫光學(xué)超材料的東西驅(qū)動。
研究人員先用傳統(tǒng)的光刻技術(shù),在微芯片上用硅做出了直徑只有幾十微米的齒輪,這些齒輪上的特殊圖案能在納米尺度抓住光線還能操控它。
只要用激光照上去,齒輪就開始轉(zhuǎn),想控制轉(zhuǎn)速也簡單,調(diào)調(diào)激光的強度就行,要是想讓齒輪反過來轉(zhuǎn),改變一下光的偏振狀態(tài)就成。
負責(zé)這個研究的王干是哥德堡大學(xué)的軟物質(zhì)物理學(xué)家,他說他們做的這套齒輪傳動系統(tǒng)里,光驅(qū)動的齒輪能帶著整個鏈條轉(zhuǎn)起來。
這些齒輪不光能轉(zhuǎn)圈,還能把旋轉(zhuǎn)的動作變成直線運動,做一些重復(fù)的動作,甚至能控制微型鏡片改變光線的方向。
更關(guān)鍵的是,這種裝置能直接裝在芯片上,還靠光驅(qū)動,可比以前的技術(shù)靈活多了。
激光不用跟機械裝置硬接觸,控制起來也方便,所以這種微型電機能擴展成更復(fù)雜的微系統(tǒng)。
這種微型電機憑借其獨特的光驅(qū)動方式,展現(xiàn)出了諸多傳統(tǒng)電機難以企及的優(yōu)勢。
在實際應(yīng)用中,由于它體積微小,能夠集成到各種微小的設(shè)備中,為這些設(shè)備提供精準且靈活的動力支持。
例如在微型的醫(yī)療檢測設(shè)備里,它可以驅(qū)動微小的檢測部件進行精確的動作,從而更高效地完成檢測任務(wù)。
而且,它的能耗相對較低,因為激光驅(qū)動的效率較高,減少了能量的損耗。
這不僅符合當下節(jié)能環(huán)保的需求,也使得設(shè)備在長時間運行時更加穩(wěn)定可靠。
另外,由于不需要復(fù)雜的機械傳動結(jié)構(gòu),這種微型電機的維護成本也大大降低,減少了設(shè)備出現(xiàn)故障的概率,延長了設(shè)備的使用壽命。
從制造角度來看,雖然目前這種基于光學(xué)超材料的微型電機制造工藝還處于發(fā)展階段,但隨著技術(shù)的不斷進步,未來有望實現(xiàn)大規(guī)模、低成本的制造。
這將為眾多領(lǐng)域帶來革命性的變化,比如電子設(shè)備領(lǐng)域,可以讓手機、電腦等設(shè)備更加輕薄小巧,同時提升性能。
在航空航天領(lǐng)域,也能為微小的航天器提供可靠的動力,助力探索更廣闊的宇宙空間。
王干說就是因為用輕便的光代替了笨重的聯(lián)軸器,才終于把尺寸限制給打破了。
現(xiàn)在這種齒輪最小能做到16到20微米,大小跟咱們身體里的細胞差不多。
研究人員已經(jīng)開始琢磨,怎么用這種技術(shù)做能操控光線、能抓微小顆粒的機器,或者把它裝到未來的芯片實驗室系統(tǒng)里。
在醫(yī)學(xué)方面,這種技術(shù)的用處可能比咱們想的還近,王干說這種新型微型電機以后能在人體內(nèi)當泵用,比如幫著調(diào)節(jié)各種流體。
他現(xiàn)在就正在研究,怎么讓這些電機像開關(guān)閥門一樣工作,想想看,以后身體里要是需要精準控制某些液體的流動,靠這種tiny的電機就能實現(xiàn),這對很多疾病的治療來說,可能都是個大突破。
可能有人覺得,電機做小了也就是節(jié)省空間,其實遠不止這么簡單。
過去因為尺寸和驅(qū)動方式的限制,很多需要精細操作的場景都沒法用微型電機。
現(xiàn)在有了光驅(qū)動的技術(shù),芯片上就能集成復(fù)雜的微型系統(tǒng),除了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,在精密制造、生物研究這些方面都可能派上大用場。
比如以后做更小巧的醫(yī)療設(shè)備,不用再擔(dān)心電機占地方,研究細胞的時候,能用這種微型電機精準操控微小顆粒,觀察更細致的反應(yīng)。
而且這種技術(shù)用的是硅材料,成本和兼容性都比較有優(yōu)勢,規(guī)?;a(chǎn)起來也更容易。
當然,現(xiàn)在還只是突破了關(guān)鍵技術(shù),要真用到實際醫(yī)療場景里,還得經(jīng)過更多測試,確保在人體內(nèi)安全穩(wěn)定運行,但從目前的進展來看,這個方向已經(jīng)越來越清晰了。
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