对于最小的电机来说，没有什么比激光束更能驱动齿轮运转了。经过多年致力于缩小齿轮尺寸的努力，科学家们现在已经创造出了能在微米尺度上运行、完全由光驱动的齿轮。
一篇发表在《Nature Communications》上的新研究解释了光驱动齿轮如何能带来最微小的技术，电机小到可以放入一根头发丝中。在这个尺寸下，植入芯片设备上的微型电机可以为前所未有的医疗治疗铺平道路。
微型电机和纳米电机
在许多方面，齿轮使世界平稳运转。它们是各种大小机器的基本组成部分，从控制风力涡轮机的速度到转动手表的指针。但放眼未来，技术上最重要的创新很可能来自于齿轮尺寸的不断缩小。
微型电机——以及更小的纳米电机——有望在从机器人到光学系统等各个领域产生影响。但也许它们最重要的作用可能在于微流控技术，该技术涉及开发能够操纵少量液体（尺度在 1 到 1000 微米之间）的设备。
微流控技术在医疗技术领域尤为重要，已用于疾病检测和药物开发等任务。它甚至催生了多种迭代的器官芯片，该设备使得科学家能够模拟人体器官和组织。
对微型电机的一个主要期望是，它们可以用于帮助在体内输送营养物质或药物。它们可能充当器官通道（负责输送物质的通道）的支撑系统，促进排尿和血流。
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用激光驱动齿轮
为了使微型电机工作，它们需要异常小的齿轮。科学家们在缩小齿轮尺寸方面已经努力了 30 多年，但由于制造驱动齿轮使其移动所需的传动装置存在困难，他们一直难以将其做得小于 0.1 毫米。
然而，参与这项新研究的研究人员通过转向激光而不是机械传动装置，克服了这一挑战。
在这项研究中，研究人员证明了微型机器可以由光学超材料驱动，光学超材料是微小的、有图案的结构，可以在纳米尺度上捕获和控制光。他们制造了直径仅几微米的齿轮，这些齿轮具有光学超材料，并且直接在微芯片上用硅制造。
然后，研究人员通过将激光照射到超材料上，使齿轮转动。他们表示，速度可以通过激光光的强度来控制，而齿轮的转向可以通过改变光的偏振来改变。
“我们构建了一个齿轮传动系统，其中一个由光驱动的齿轮带动整个链条运动。这些齿轮还可以将旋转转换为直线运动，执行周期性运动，并控制微小的镜子来偏转光，”第一作者、哥德堡大学软物质物理学研究员 Gan Wang 在一份声明中说。
微小机器，巨大影响
研究人员称，可以在芯片上制造并由光驱动的微型电机可能会彻底改变机械制造，因为激光不需要与机器进行任何固定接触，并且易于控制。
“这是一种从根本上改变我们在微观尺度上思考力学的方式。通过用光取代笨重的连接，我们终于可以克服尺寸障碍，”Wang 在声明中说。
随着微型机器越来越普遍，它们必将在医学领域产生影响。而且，由于齿轮的尺寸甚至可以与某些人体细胞（约 16 至 20 微米）相同，因此它们可能能够以如此微小的尺度实现前所未有的健康助益。
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- Nature Communications：微型齿轮超材料机器
