نجح باحثون في بناء آلات متناهية الصغر تعمل بالكامل باستخدام الضوء. تحتوي هذه الآلات الدقيقة على تروس وعجلات مسننة تعمل بكفاءة، مما يمثل قفزة كبيرة في عالم التكنولوجيا النانوية.
آلات صغيرة بطموحات كبيرة
تمكن فريق من الفيزيائيين والمهندسين، باستخدام أدوات تصنيع أشباه الموصلات التقليدية، من صنع أول “قطار تروس” وظيفي على مستوى الميكرومتر. تعمل هذه التروس بقوة الفوتونات – جزيئات الضوء – بدلاً من المحركات أو الأسلاك الكهربائية. عندما يسقط الضوء على الأسطح المعدنية الخاصة في هذه الآلات، فإن زخم الفوتونات الضئيل يتحول إلى عزم دوران، مما يجعل التروس تدور.
كيف تعمل هذه الآلات الدقيقة؟
لا تقتصر هذه الأجهزة على أقراص دوارة بسيطة، بل تشمل مجموعات كاملة من الأجزاء المترابطة. يمكن لهذه الأنظمة تحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية، ويمكن للباحثين عكس اتجاه الدوران أو تعديل السرعة بمجرد تغيير استقطاب الضوء. حتى أنهم ربطوا هذه المحركات المجهرية بمرايا، مما يظهر كيف يمكن للحركة الميكانيكية أن تعدل الإشارات الضوئية حسب الطلب.
التحديات التي تواجهها
مع أن هذا الإنجاز مذهل، إلا أن هذه التكنولوجيا لا تزال في مراحلها الأولى. الكفاءة التحويلية ضئيلة جداً، والعزم الناتج صغير، والدوران بطيء. كما أن التشغيل يعتمد بشكل كبير على الإضاءة الدقيقة والبيئات المستقرة. يمكن أن تتأثر هذه الآلات الصغيرة بالحرارة الناتجة عن امتصاص الضوء، وكذلك بالاحتكاك والتآكل.
من التجارب إلى التطبيقات المستقبلية
يُعد هذا الإنجاز جسراً طال انتظاره بين علم الفوتونات والميكانيكا. إذا تطورت هذه التكنولوجيا، فيمكن أن تصبح التطبيقات عملية بشكل مدهش، مثل:
- مضخات تعمل بالضوء في مختبرات تحليل صغيرة الحجم.
- تحريك المرايا داخل الكاميرات فائقة الصغر.
- فتح وإغلاق الصمامات في الغرسات الطبية دون الحاجة إلى بطاريات.
- إعادة تشكيل الدوائر الضوئية في مراكز البيانات.
- التعامل مع الخلايا المفردة أو البروتينات في الأبحاث الطبية الحيوية.
الأسئلة الشائعة
كيف تعمل هذه الآلات الدقيقة؟
تعمل هذه الآلات باستخدام الضوء. عندما يسقط الضوء على الأسطح المعدنية الخاصة المصممة داخل التروس، فإن قوة دفع الفوتونات تجعلها تدور، تماماً كما تدير الرياح طواحين الهواء ولكن على مستوى متناهي الصغر.
ما هي استخدامات هذه التكنولوجيا في المستقبل؟
إذا تطورت، يمكن استخدامها في مجالات متعددة مثل الأجهزة الطبية الدقيقة التي لا تحتاج إلى بطاريات، وتحسين كفاءة مراكز البيانات، ومساعدة العلماء في دراسة الخلايا والجزيئات باستخدام أدوات ميكانيكية صغيرة.
هل هذه الآلات جاهزة للاستخدام التجاري الآن؟
لا، لا تزال هذه التكنولوجيا في مرحلة التجارب والمفاهيم الأولية. هناك تحديات كبيرة تتعلق بالكفاءة والقوة والمتانة يجب حلها قبل أن تصبح جاهزة للتطبيق في منتجات حقيقية.
