Miniaturizando a mecânica
Engrenagens estão em toda parte, dos motores e carros até robôs e turbinas eólicas. Assim, em praticamente qualquer máquina que queiramos miniaturizar, precisamos também miniaturizar as engrenagens.
Gan Wang e colegas da Universidade de Gotemburgo, na Suécia, fizeram isso, mas foram além de construir engrenagens menores do que um fio de cabelo: Eles construíram engrenagens que dispensam motores, podendo ser acionadas por luz.
Na verdade, os pesquisadores mostraram que máquinas microscópicas e robôs nas escalas micro e nano podem ser acionados por metamateriais ópticos, pequenas estruturas padronizadas que podem capturar e controlar a luz em nanoescala.
Usando litografia tradicional, a equipe construiu tanto as engrenagens quanto o metamaterial para controlar e dirigir a luz, tudo usando uma pastilha de silício. A estrutura de demonstração inteira tem um diâmetro de algumas dezenas de micrômetros.
Quando a luz de um laser é direcionada sobre o metamaterial, o conjunto de engrenagens começa a girar – sem motores e sem qualquer outra complicação mecânica. A intensidade da luz do laser controla a velocidade, e é possível até mesmo inverter a rotação das engrenagens alterando a polarização da luz.
“Construímos um conjunto de engrenagens no qual uma engrenagem acionada pela luz aciona toda a corrente. As engrenagens também podem converter a rotação em movimento linear, realizar movimentos periódicos e controlar espelhos microscópicos para refletir a luz,” disse Wang.
Novos modos de pensar
A capacidade de integrar máquinas em escalas micro e nano diretamente em um chip, e acioná-las diretamente com luz, abre possibilidades inteiramente novas. Como a luz laser não requer nenhum contato fixo com a máquina e é fácil de controlar, tudo pode ser dimensionado para microssistemas complexos, como MEMS e NEMS.
Com esses avanços, os pesquisadores estão começando a imaginar micro e nanomáquinas capazes de usar a luz para manipular pequenas partículas ou serem integradas em futuros sistemas do tipo microlaboratório, os chamados laboratórios em um chip.
As engrenagens fabricadas pela equipe podem alcançar dimensões equivalentes às das células humanas, de modo que a medicina também se torna uma área de aplicação potencial.
“Esta é uma maneira fundamentalmente nova de pensar sobre a mecânica em microescala. Ao substituir acoplamentos volumosos por outros leves, podemos finalmente superar a barreira do tamanho,” disse Wang. “Podemos usar os novos micromotores como bombas dentro do corpo humano, por exemplo, para regular vários fluxos. Também estou estudando como eles funcionam como válvulas que abrem e fecham.”
Bibliografia:
Artigo: Microscopic geared metamachines
Autores: Gan Wang, Marcel Rey, Antonio Ciarlo, Mahdi Shanei, Kunli Xiong, Giuseppe Pesce, Mikael Käll, Giovanni Volpe
Revista: Nature Communications
Vol.: 16, Article number: 7767
DOI: 10.1038/s41467-025-62869-6