研究人員制造出由光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)推動(dòng)的微型無人機(jī)
手持式激光筆在“發(fā)射”時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的后坐力，盡管它發(fā)射的是定向光粒子流。原因非常簡(jiǎn)單，因?yàn)楦饬Ｗ与x開激光筆時(shí)引起的非常微小的后坐力脈沖相比，它的質(zhì)量相對(duì)巨大。 n}.e(z_"
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然而人們?cè)缫亚宄�，光學(xué)反沖力確實(shí)可以對(duì)相應(yīng)的小顆粒產(chǎn)生重大影響。如彗星的尾巴指向遠(yuǎn)離太陽，部分是由于光的壓力。通過光帆推進(jìn)輕型航天器的問題也被反復(fù)討論，最近一次則是跟Starshot項(xiàng)目有關(guān)，在該項(xiàng)目中，一支微型航天器艦隊(duì)將被送往半人馬座阿爾法星。 V^ n6~O
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作為模型的普通四旋翼無人機(jī) ?-<lIF Fh
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在期刊《Nature Nanotechnology》上，由Bert Hecht教授領(lǐng)導(dǎo)的維爾茨堡物理學(xué)家現(xiàn)在首次表明，不僅可以用光在水環(huán)境中有效地推動(dòng)微米大小的物體，而且可以用所有三個(gè)自由度（兩個(gè)平移加一個(gè)旋轉(zhuǎn)）在表面上精確控制它們。 B223W_0"o
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在這樣做的過程中，研究人員受到了普通四旋翼無人機(jī)的啟發(fā)，在那里，四個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)子可以完全控制運(yùn)動(dòng)。這種控制的可能性為通常極難處理的納米和微型物體提供了全新的選擇，如納米結(jié)構(gòu)的組裝、納米級(jí)精度的表面分析或生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 rgzra"u)
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帶有多達(dá)四個(gè)光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)的聚合物圓盤 hz4?ku
維爾茨堡的微型無人機(jī)由一個(gè)直徑為2.5微米的透明聚合物盤組成。在這個(gè)圓盤中嵌入了最多四個(gè)由金制成的可獨(dú)立尋址的納米馬達(dá)。 }8x+F2i
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“這些馬達(dá)是基于在維爾茨堡開發(fā)的光學(xué)天線，即尺寸小于光的波長(zhǎng)的微小金屬結(jié)構(gòu)，”赫克特研究小組的博士后Xiaofei Wu說道，“這些天線專門為接收?qǐng)A偏振光進(jìn)行了優(yōu)化。這使電機(jī)能接收光線而無需考慮無人機(jī)的方向，這對(duì)應(yīng)用性至關(guān)重要。在進(jìn)一步的步驟中，接收到的光能再由馬達(dá)以特定的方向發(fā)射出去進(jìn)而產(chǎn)生光學(xué)反沖力，這取決于偏振的旋轉(zhuǎn)感（順時(shí)針或逆時(shí)針）和兩種不同波長(zhǎng)的光中的任何一種�！� 9Vm1q!lE
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只有在這種想法下，研究人員才能有效和精確地控制他們的微型無人機(jī)。由于無人機(jī)的質(zhì)量非常小，可以實(shí)現(xiàn)極端加速。 "iK=
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微型無人機(jī)的開發(fā)是具有挑戰(zhàn)性的。它早在2016年就開始了，由大眾汽車基金會(huì)提供研究經(jīng)費(fèi)，專門用于風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目。 am]M2+,2Ip
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基于單晶金的精確制造 xc#t 8`
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納米馬達(dá)的極度精確制造對(duì)微無人機(jī)的功能至關(guān)重要。使用加速的氦氣離子作為從單晶金中切割納米結(jié)構(gòu)的手段已被證明改變了游戲規(guī)則。而在進(jìn)一步的步驟中，研究人員使用電子束光刻技術(shù)生產(chǎn)無人機(jī)機(jī)身。最后，無人機(jī)必須從基底上分離出來并被帶入溶液中。 %LMpErZO
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在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，研究人員實(shí)施了一個(gè)反饋回路以自動(dòng)糾正對(duì)微型無人機(jī)的外部影響，進(jìn)而能更精確地控制它們。此外，研究小組努力完成控制選項(xiàng)以便無人機(jī)在表面以上的高度也能被控制。當(dāng)然，另一個(gè)目標(biāo)是在微型無人機(jī)上安裝功能性工具。
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