Pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, conseguiram criar veículos minúsculos movidos apenas por luz. Sobrepondo uma metassuperfície óptica em uma partícula microscópica, e, em seguida, usando uma fonte de luz para controlá-lo, eles conseguiram mover os minúsculos veículos de uma variedade de maneiras complexas e precisas - e até mesmo usá-los para transportar outros objetos.

A luz tem um poder inerente de mover objetos microscópicos - uma propriedade usada anteriormente para desenvolver a ideia de pesquisa ganhadora do prêmio Nobel de "pinças ópticas, "que usam um feixe de laser altamente focado para controlar e manobrar partículas minúsculas com incrível precisão.

Agora, um grupo de pesquisa da Chalmers University of Technology e da University of Gothenburg mostrou como até mesmo uma luz desfocada pode ser usada para manobrar partículas microscópicas de maneira controlada. A pesquisa deles foi publicada recentemente no jornal Nature Nanotechnology .

Os pesquisadores fabricaram veículos em uma escala de 10 micrômetros de largura e 1 micrômetro de espessura - um milésimo de milímetro. Os veículos consistiam em uma pequena partícula, revestido com algo conhecido como uma 'metassuperfície. "Metasuperfície são arranjos ultrafinos de nanopartículas cuidadosamente projetadas e ordenadas, adaptado para direcionar a luz de maneiras interessantes e incomuns. Eles oferecem possibilidades fascinantes de uso em componentes avançados para aplicações ópticas, como câmeras, microscópios e visores eletrônicos. Usualmente, eles tendem a ser pensados ​​como objetos estacionários, com seu uso sendo visto como a habilidade de controlar e afetar a luz. Mas aqui, os pesquisadores olharam para o outro lado, investigar como as forças resultantes da mudança de momento da luz poderiam ser usadas para controlar a metassuperfície.

Como duas bolas de bilhar colidindo

Os pesquisadores pegaram seus veículos microscópicos, que eles denominaram "metaveículos, "e os colocou no fundo de uma tigela de água, em seguida, usou um laser frouxamente focalizado para direcionar uma onda plana de luz sobre eles. Por um processo puramente mecânico - o calor gerado pela luz não desempenha nenhum papel no efeito - os veículos podiam ser movidos em uma variedade de padrões. Ajustando a intensidade e polarização da luz, os pesquisadores conseguindo controlar o movimento e a velocidade dos veículos com alto nível de precisão, navegando em diferentes direções e padrões complexos, como figuras de oito.

"De acordo com a terceira lei de Newton, para cada ação há uma reação igual e oposta - isso significa que quando a luz atinge a metassuperfície, e é desviada em uma nova direção, a metassuperfície também é empurrada na outra direção. Imagine jogar sinuca, quando duas bolas se chocam e quicam em direções diferentes. Nesse caso, os fótons e a superfície meta são como aquelas duas bolas de bilhar, "explica Mikael Käll, Professor do Departamento de Física da Chalmers University of Technology, co-autora do artigo e líder do projeto de pesquisa.

Transporte de outros pequenos objetos

"Os metaveículos eram estáveis, e sua navegação era altamente previsível e controlável. Com sistemas de feedback automatizados avançados, e controle mais sofisticado da intensidade e polarização da fonte de luz, uma navegação ainda mais complexa seria possível, "explica Daniel Andrén, ex-funcionário do Departamento de Física da Chalmers e principal autor do estudo.

Os pesquisadores também experimentaram o uso de metaveículos como transportadores, para empurrar pequenas partículas ao redor do tanque. Os metaveículos se mostraram capazes de transportar objetos, incluindo uma esfera microscópica de poliestireno e uma partícula de levedura, através da água com facilidade. Eles até conseguiram empurrar uma partícula de poeira 15 vezes o tamanho do próprio metaveículo.

No momento, as aplicações práticas desta descoberta podem estar longe. Mas a natureza fundamental da pesquisa significa que seu valor pode ainda não ser evidente.

“Na exploração de forças ópticas, existem muitos efeitos interessantes que ainda não foram totalmente compreendidos. Não são os aplicativos que impulsionam esse tipo de pesquisa, mas exploração das diferentes possibilidades. Em uma série de diferentes estágios à frente, você nunca sabe o que vai acontecer. Mas o fato de termos mostrado como os metaveículos podem ser usados ​​como transportadores é a aplicação potencial mais promissora, por exemplo, para mover partículas através de soluções celulares, "explica Mikael Käll.

A pesquisa é apresentada no artigo "Microscopic Metavehicles Powered and Steering by Embedded Optical Metasurfaces" na revista. Nature Nanotechnology .