Microdrones com nanomotores movidos a luz

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/05/2022

Representao artstica de um microdrone, com dois nanomotores acionados por luz, navegando entre glbulos vermelhos.
[Imagem: Thorsten Feichtner]

Discos voadores acionados por luz

Uma caneta laser porttil no produz foras de recuo perceptveis quando “disparada”, mesmo que emita um fluxo direcionado de partculas de luz. A razo que a massa da caneta muito grande em comparao com os impulsos de recuo que as partculas de luz causam ao sair da ponteira.

No entanto, h muito est claro que as foras de recuo ptico podem realmente ter um efeito muito grande em partculas correspondentemente pequenas. Por exemplo, as caudas dos cometas apontam para longe do Sol, em parte devido presso da luz.

Da mesma forma, a propulso de naves espaciais leves atravs de velas de luz tambm j est na prancheta para tentar levar uma frota de naves espaciais em miniatura para Alfa Centauro.

Pesquisadores alemes demonstraram agora pela primeira vez que possvel no apenas usar a luz para impulsionar com eficincia objetos de tamanho micromtrico em um ambiente aquoso, como tambm possvel control-los com preciso em uma superfcie com todos os trs graus de liberdade (dois translacionais mais um rotacional).

Para fazer isso, Xiaofei Wu e seus colegas da Universidade de Wurzburg se inspiraram nos drones quadricpteros comuns, onde quatro rotores independentes permitem o controle total dos movimentos.

Essa possibilidade de controle oferece opes completamente novas para o manuseio de objetos em nano e micro-escalas, por exemplo para a montagem de nanoestruturas, para a anlise de superfcies com preciso nanomtrica ou no campo biomdico.

Os motores do quadricptero acionado por luz (direita) no se movem – eles geram impulso pela fora de radiao da luz.
[Imagem: Xiaofei Wu et al. – 10.1038/s41565-022-01099-z]

Motores de luz

Os microdrones consistem em um disco de polmero transparente, com 2,5 micrmetros de dimetro. At quatro nanomotores fotnicos, feitos de ouro e endereveis independentemente, so incorporados em cada disco.

“Esses motores so baseados em antenas pticas desenvolvidas [pela nossa equipe] – ou seja, minsculas estruturas metlicas com dimenses menores do que o comprimento de onda da luz. Essas antenas foram especificamente otimizadas para receber luz circularmente polarizada. Isso permite que os motores recebam a luz independentemente da orientao do drone, o que crucial para a aplicabilidade.

“Em uma etapa adicional, a energia recebida da luz ento emitida pelo ‘motor’ em uma direo especfica, para gerar fora de recuo ptico, que depende do sentido de rotao da polarizao (no sentido horrio ou anti-horrio) e em qualquer um dos dois comprimentos de onda diferentes da luz,” explicou Wu.

Devido massa muito pequena dos drones, a equipe constatou ser possvel alcanar aceleraes extremas.

Agora a equipe est trabalhando em um sistema de retroalimentao contnua para corrigir automaticamente as influncias externas nos microdrones, para control-los com mais preciso. Alm disso, a equipe pretende completar as opes de controle para que a altura dos drones acima da superfcie tambm possa ser controlada. E, claro, outro objetivo anexar ferramentas funcionais aos microdrones.

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