Un puntatore laser portatile non produce forze di rinculo evidenti quando viene "sparato", anche se emette un flusso diretto di particelle di luce. La ragione di ciò è la sua massa molto grande rispetto ai piccolissimi impulsi di rinculo che le particelle di luce provocano quando lasciano il puntatore laser.

Tuttavia, è da tempo chiaro che le forze ottiche di rinculo possono effettivamente avere un effetto molto ampio su particelle corrispondentemente piccole. Ad esempio, le code delle comete puntano lontano dal sole in parte a causa della leggera pressione. Anche la propulsione di veicoli spaziali leggeri tramite vele leggere è stata discussa più volte, l'ultima volta in relazione al progetto "Star Shot", in cui una flotta di veicoli spaziali in miniatura deve essere inviata ad Alpha Centauri.

Quadri droni ordinari come modelli

Sulla rivista Nature Nanotechnology , i fisici di Würzburg guidati dal professor Bert Hecht (Chair of Experimental Physics 5, Nano-Optics Group) hanno ora dimostrato per la prima volta che è possibile non solo spingere in modo efficiente oggetti di dimensioni micrometriche in un ambiente acquoso con la luce, ma anche controllare esattamente su una superficie con tutti e tre i gradi di libertà (due traslazionali più uno rotazionale).

In tal modo, sono stati ispirati dai normali droni quadricotteri, in cui quattro rotori indipendenti consentono il controllo completo dei movimenti. Tali possibilità di controllo offrono opzioni completamente nuove per la manipolazione solitamente estremamente difficile di nano e micro-oggetti, ad esempio per l'assemblaggio di nanostrutture, per l'analisi di superfici con precisione nanometrica o nel campo della medicina riproduttiva.

Dischi polimerici con un massimo di quattro nanomotori azionati dalla luce

I microdroni di Würzburg sono costituiti da un disco polimerico trasparente di 2,5 micrometri di diametro. In questo disco sono incorporati fino a quattro nanomotori in oro con indirizzamento indipendente.

"Questi motori si basano su antenne ottiche sviluppate a Würzburg, ovvero minuscole strutture metalliche con dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda della luce", afferma Xiaofei Wu, un post-dottorato nel gruppo di ricerca di Hecht. "Queste antenne sono state specificamente ottimizzate per ricevere luce polarizzata circolarmente. Ciò consente ai motori di ricevere la luce indipendentemente dall'orientamento del drone, che è fondamentale per l'applicabilità. In una fase successiva, l'energia luminosa ricevuta viene quindi emessa dal motore in una direzione specifica per generare la forza di rinculo ottica, che dipende dal senso di rotazione della polarizzazione (in senso orario o antiorario) e da una delle due diverse lunghezze d'onda della luce."

È stato solo con questa idea che i ricercatori sono stati in grado di controllare i loro microdroni in modo efficiente e preciso. A causa della massa molto ridotta dei droni, è possibile ottenere accelerazioni estreme.

Lo sviluppo dei microdroni è stato impegnativo. È iniziato nel 2016 con un assegno di ricerca della Fondazione VW dedicato ai progetti rischiosi.

Fabbricazione precisa basata sull'oro a cristallo singolo

La fabbricazione estremamente precisa dei nanomotori è fondamentale per il funzionamento dei microdroni. L'uso di ioni di elio accelerati come mezzo per tagliare le nanostrutture dall'oro monocristallino si è rivelato un punto di svolta. In ulteriori fasi, il corpo del drone viene prodotto utilizzando la litografia a fascio di elettroni. Infine, i droni devono essere staccati dal substrato e portati in soluzione.

In ulteriori esperimenti, viene implementato un circuito di feedback per correggere automaticamente le influenze esterne sui microdroni per controllarli in modo più preciso. Inoltre, il team di ricerca si impegna a completare le opzioni di controllo in modo da poter controllare anche l'altezza dei droni sopra la superficie. E, naturalmente, un altro obiettivo è collegare strumenti funzionali ai microdroni. + Esplora ulteriormente

Nano antenne per il trasferimento dei dati