I motori sono ovunque nella nostra vita quotidiana, dalle auto alle lavatrici. Un campo scientifico futuristico sta lavorando su minuscoli motori che potrebbero alimentare una rete di nanomacchine e sostituire alcune delle fonti di alimentazione che utilizziamo oggi nei dispositivi.

In una nuova ricerca pubblicata di recente su ACS Nano , i ricercatori della Cockrell School of Engineering dell'Università del Texas ad Austin hanno creato il primo nanomotore ottico a stato solido in assoluto. Tutte le versioni precedenti di questi motori azionati dalla luce risiedono in una soluzione di qualche tipo, che ne ha trattenuto il potenziale per la maggior parte delle applicazioni del mondo reale.

"La vita è iniziata nell'acqua e alla fine si è spostata sulla terraferma", ha affermato Yuebing Zheng, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria meccanica di Walker. "Abbiamo realizzato questi micro nanomotori che hanno sempre vissuto in soluzione funzionanti a terra, allo stato solido."

I ricercatori immaginano che questi motori alimentano una varietà di cose. Il movimento rotante potrebbe raccogliere polvere e altre particelle, rendendolo utile per la misurazione della qualità dell'aria. Potrebbero spingere i dispositivi di somministrazione di farmaci nel corpo umano. E potrebbero alimentare piccoli droni per la sorveglianza e le misurazioni, così come altri mini-veicoli.

Il nuovo motore è largo meno di 100 nanometri e può ruotare su un substrato solido sotto una leggera illuminazione. Può fungere da motore senza carburante e senza ingranaggi per convertire la luce in energia meccanica per vari sistemi micro/nano-elettromeccanici a stato solido.

Portare questi nanomotori sulla terraferma e fuori dall'acqua, per così dire, evita il Brownian Motion, uno dei maggiori ostacoli che frenano l'implementazione di questi dispositivi. Succede quando le molecole d'acqua spingono questi piccoli motori fuori rotazione. Più piccolo è il motore, più forte diventa questo movimento. Rimuovere la soluzione dal lato dell'equazione risolve completamente questo problema.

I nanomotori fanno parte di un vasto e crescente campo di fonti di alimentazione in miniatura. Servono come una via di mezzo in scala tra le macchine molecolari all'estremità più piccola e i micromotori all'estremità più grande.

Il campo è di immenso interesse, ma a questo punto i ricercatori stanno ancora cercando di capire la scienza fondamentale per rendere questi minuscoli motori più praticabili attraverso una maggiore efficienza.

Il motivo per cui gli scienziati sono così innamorati della creazione di questi minuscoli motori è che imitano alcune delle più importanti strutture biologiche. In natura, questi motori guidano la divisione delle cellule e le aiutano a muoversi. Si combinano per aiutare gli organismi a muoversi.

"I nanomotori ci aiutano a controllare con precisione il nanomondo e a inventare nuove cose che vogliamo per il nostro mondo reale", ha affermato Jingang Li, un Ph.D. laureato dal gruppo di Zheng e autore principale di questo studio.

Togliendo questi motori dalla soluzione e inserendoli nei chip, hanno il potenziale per sostituire le batterie in alcuni casi, utilizzando solo la luce per generare movimento meccanico e dispositivi di alimentazione.

Questa svolta deriva da un nuovo design:un sottile strato di materiale a cambiamento di fase sul substrato. Il film sottile può subire un cambiamento locale e reversibile dalla fase solida a una quasi liquida quando esposto alla luce. Questo cambiamento di fase può ridurre la forza di attrito dei nanomotori e guida la rotazione.

Questa è stata la prima dimostrazione del team dei motori che utilizzano nanoparticelle. Andando avanti, i ricercatori continueranno a migliorare la loro creazione, lavorando per migliorare le prestazioni, rendendole più stabili e controllabili, il che porta a convertire la luce in energia meccanica a tassi più elevati. + Esplora ulteriormente

Microdroni con nanomotori azionati dalla luce