Motoren zijn overal in ons dagelijks leven - van auto's tot wasmachines. Een futuristisch wetenschappelijk veld werkt aan kleine motoren die een netwerk van nanomachines kunnen aandrijven en enkele van de stroombronnen kunnen vervangen die we tegenwoordig in apparaten gebruiken.

In nieuw onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in ACS Nano , hebben onderzoekers van de Cockrell School of Engineering aan de Universiteit van Texas in Austin de allereerste optische nanomotor in vaste toestand gemaakt. Alle eerdere versies van deze door licht aangedreven motoren bevinden zich in een of andere oplossing die hun potentieel voor de meeste toepassingen in de echte wereld belemmerde.

"Het leven begon in het water en verhuisde uiteindelijk naar het land", zegt Yuebing Zheng, universitair hoofddocent aan de Walker Department of Mechanical Engineering. "We hebben deze micro-nanomotoren die altijd in oplossing hebben geleefd, op het land laten werken, in vaste toestand."

De onderzoekers stellen zich voor dat deze motoren verschillende dingen aandrijven. De draaiende beweging kan stof en andere deeltjes opnemen, waardoor het nuttig is voor het meten van de luchtkwaliteit. Ze kunnen apparaten voor medicijnafgifte in het menselijk lichaam voortstuwen. En ze kunnen kleine drones aandrijven voor bewaking en metingen, evenals andere minivoertuigen.

De nieuwe motor is minder dan 100 nanometer breed en kan onder lichte verlichting op een stevig substraat draaien. Het kan dienen als een brandstof- en versnellingsloze motor om licht om te zetten in mechanische energie voor verschillende solid-state micro-/nano-elektromechanische systemen.

Door deze nanomotoren als het ware op het land en uit het water te brengen, wordt Brownian Motion vermeden, een van de grootste hindernissen die de implementatie van deze apparaten tegenhoudt. Het gebeurt wanneer watermoleculen deze kleine motortjes uit hun toeren duwen. Hoe kleiner de motor, hoe sterker deze beweging wordt. Door de oplossing uit de vergelijking te verwijderen, wordt dit probleem volledig verholpen.

Nanomotoren maken deel uit van een groot en groeiend veld van miniatuurstroombronnen. Ze dienen als een middenweg in schaal tussen moleculaire machines aan de kleine kant en micro-engines aan de grotere kant.

Het veld is van enorm belang, maar op dit moment proberen onderzoekers nog steeds de fundamentele wetenschap te achterhalen om deze kleine motoren levensvatbaarder te maken door middel van verhoogde efficiëntie.

De reden waarom wetenschappers zo gecharmeerd zijn van het maken van deze kleine motoren, is dat ze enkele van de belangrijkste biologische structuren nabootsen. In de natuur zorgen deze motoren voor de deling van cellen en helpen ze te bewegen. Ze combineren om organismen te helpen bewegen.

"Nanomotoren helpen ons om de nanowereld nauwkeurig te beheersen en nieuwe dingen te bedenken die we willen voor onze echte wereld", zegt Jingang Li, een Ph.D. afgestudeerd aan de groep van Zheng en de hoofdauteur van deze studie.

Door deze motoren uit de oplossing te halen en op chips te zetten, hebben ze het potentieel om in sommige gevallen batterijen te vervangen, waarbij alleen licht wordt gebruikt om mechanische beweging te genereren en apparaten van stroom te voorzien.

Deze doorbraak komt voort uit een nieuw ontwerp:een dunne laag faseovergangsmateriaal op het substraat. De dunne film kan bij blootstelling aan licht een lokale en omkeerbare verandering ondergaan van de vaste naar een quasi-vloeibare fase. Deze faseverandering kan de wrijvingskracht van de nanomotoren verminderen en de rotatie aandrijven.

Dit was de eerste demonstratie van het team van de motoren met behulp van nanodeeltjes. In de toekomst zullen de onderzoekers hun creatie blijven verbeteren en werken aan het verbeteren van de prestaties door ze stabieler en controleerbaarder te maken, wat leidt tot het sneller omzetten van licht in mechanische energie. + Verder verkennen

Microdrones met door licht aangedreven nanomotoren