Erfindung von Zahnrädern, die kleiner als ein Haar sind und durch Licht angetrieben werden

Schwedische Wissenschaftler haben winzige, laserbetriebene Zahnräder entwickelt, die so klein sind, dass sie in ein menschliches Haar passen.

Lichtbetriebene Mikrozahnräder könnten die Medizin revolutionieren – Foto: Gan Wang

Forschern der Universität Göteborg (Schweden) ist es gelungen, mikroskopisch kleine, laserbetriebene Zahnräder herzustellen. Diese Errungenschaft eröffnet die Möglichkeit, die kleinsten Motoren aller Zeiten zu entwickeln – klein genug, um in ein Haar zu passen und sogar auf der Ebene einer menschlichen Zelle zu funktionieren.

In einer Veröffentlichung in Science News gab das Team an, Zahnräder mit einem Durchmesser von nur 0,016 mm entwickelt zu haben, was kleiner ist als der durchschnittliche Durchmesser eines menschlichen Haares.

Bisher war die Miniaturisierung von Zahnrädern auf 0,1 mm begrenzt, da es unmöglich war, mechanische Antriebe so klein zu bauen, dass sie funktionierten. Forscher aus Göteborg haben diese Grenze jedoch durchbrochen, indem sie herkömmliche Antriebe durch Laserlicht ersetzten.

Die Zahnräder bestehen aus Silizium und werden mittels Fotolithografie direkt auf den Mikrochip gedruckt. Anschließend werden sie mit einer Schicht aus optischen Metamaterialien beschichtet – Nanostrukturen, die Licht einfangen und steuern können. Sobald ein Laser auf die Zahnräder gerichtet wird, beginnen sie sich zu drehen. Die Lichtintensität bestimmt die Geschwindigkeit, während die Drehrichtung durch Änderung der Laserpolarisation angepasst werden kann.

Das bedeutet, dass die Forscher der Entwicklung von „Mikromotoren“, die mit Licht betrieben werden, immer näher kommen.

„Wir haben ein Getriebesystem entwickelt, in dem lichtbetriebene Zahnräder eine Zahnradkette antreiben können. Sie können außerdem Drehbewegungen in Translationsbewegungen umwandeln, periodische Bewegungen erzeugen oder Mikrospiegel steuern, um Licht abzulenken“, sagte Dr. Gan Wang, Hauptautor der Studie.

Der Vorteil dieser Methode, so erklärte er, liege darin, dass sich winzige Maschinen direkt auf dem Chip integrieren und berührungslos allein mit Licht steuern ließen. Dadurch sei die Skalierung auf komplexere mikromechanische Systeme problemlos möglich.

„Dies ist eine völlig neue Denkweise über Mechanik im mikroskopischen Bereich. Indem wir sperrige Verbindungen durch leichte ersetzen, haben wir die Größenbarriere überwunden“, betonte er.

Da die Zahnräder nur 16–20 Mikrometer klein sein können, was der Größe vieler menschlicher Zellen entspricht, eröffnen sich enorme Möglichkeiten für medizinische Anwendungen. Gan Wang stellt sich vor, dass diese Lichtmaschinen im Körper als winzige Pumpen fungieren und so Mikroflüsse regulieren oder als mikroskopische Ventile dienen, die sich präzise öffnen und schließen lassen.

Neben der Medizin kann diese Technologie auch in „Lab-on-a-Chip“-Systemen eingesetzt werden, etwa zur Steuerung von Licht, zur Manipulation mikroskopischer Partikel oder zur Entwicklung optischer Geräte der neuen Generation.

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MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/phat-minh-banh-rang-nho-hon-soi-toc-chay-bang-anh-sang-20250921235938555.htm