Valolla hallittavia meta-ajoneuvoja

Tutkijat ovat onnistuneet luomaan mikrokokoisia ajoneuvoja, joiden voimanlähteenä on tavallinen valo.

Valolla on luontainen voima siirtää mikroskooppisia esineitä - ominaisuus, johon perustuu Nobelilla palkittu optisten pinsettien kehittäminen.

Chalmersin teknillisen yliopiston ja Göteborgin yliopiston tutkimusryhmä on nyt osoittanut, kuinka jopa fokusoimatonta valoa voidaan käyttää mikroskooppisten hiukkasten ohjailuun hallitulla tavalla.

Tutkijat valmistivat ajoneuvoja, joiden leveys oli 10 ja paksuus 1 mikrometriä. Ajoneuvot koostuivat pienestä hiukkasesta, joka oli päällystetty optisella "metapinnalla".

Metapinnat ovat erittäin ohuita järjestelyjä suunnitelluista ja järjestetyistä nanohiukkasista, jotka on räätälöity ohjaamaan valoa mielenkiintoisilla ja epätavallisilla tavoilla. Yleensä niitä pidetään paikallaan olevina objekteina ja niiden hyötynä pidetään kykyä hallita ja vaikuttaa valoon.

Mutta tällä kertaa tutkijat katsoivat aihetta uusin silmin ja setvivät, kuinka valon liikemäärän muutoksesta johtuvia voimia voitaisiin käyttää metapinnan hallintaan.

Tutkijat asettivat meta-ajoneuvonsa vesilautaselle ja sitten käyttäen löysästi keskitettyä laseria suuntasivat valon tasoaaltoa niihin. Puhtaasti mekaanisella prosessilla eli valon tuottamalla lämmöllä ei ole vaikutusta tässä. Sen sijaan säätämällä valon voimakkuutta ja polarisaatiota tutkijat onnistuivat hallitsemaan ajoneuvojen liikettä ja nopeutta erittäin tarkasti, navigoimaan eri suuntiin ja monimutkaisiin kuvioihin, kuten kahdeksikon kuvioon.

Newtonin kolmannen lain mukaan jokaiselle toiminnalle on vastakkainen reaktio. Kun valo osuu metapintaan ja taipuu uuteen suuntaan, myös metapintarakenteen suunta muuttuu.

”Meta-ajoneuvot olivat vakaita ja niiden navigointi oli hyvin ennustettavissa ja hallittavissa. Kehittyneiden automatisoitujen palautejärjestelmien ja lähdevalon voimakkuuden ja polarisaation entistä hienostuneemman hallinnan ansiosta monimutkaisempi navigointi olisi mahdollista”, kertoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Daniel Andrén.

Tutkijat kokeilivat meta-ajoneuvoja puskemaan pieniä hiukkasia. Ne pystyivät kuljettamaan esineitä, kuten mikroskooppista polystyreenihelmiä ja hiivahiukkasia helposti vedessä.

Professori Mikael Källin mukaan se, että olemme osoittaneet, miten metakulkuneuvoja voidaan käyttää kuljettajina, on lupaavin mahdollinen sovellus, esimerkiksi hiukkasten siirtämiseen soluliuoksien läpi.

Aiheesta aiemmin:

Kohti älykkäitä mikrorobotteja

Molekyylimoottorit toimivat yhdessä

Valolla ohjattavia moottoreita ja roottoreita