Microdrones com nanomotores movidos a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/05/2022

Representação artística de um microdrone, com dois nanomotores acionados por luz, navegando entre glóbulos vermelhos.
[Imagem: Thorsten Feichtner]

Discos voadores acionados por luz

Uma caneta laser portátil não produz forças de recuo perceptíveis quando é "disparada", mesmo que emita um fluxo direcionado de partículas de luz. A razão é que a massa da caneta é muito grande em comparação com os impulsos de recuo que as partículas de luz causam ao sair da ponteira.

No entanto, há muito está claro que as forças de recuo óptico podem realmente ter um efeito muito grande em partículas correspondentemente pequenas. Por exemplo, as caudas dos cometas apontam para longe do Sol, em parte devido à pressão da luz.

Da mesma forma, a propulsão de naves espaciais leves através de velas de luz também já está na prancheta para tentar levar uma frota de naves espaciais em miniatura para Alfa Centauro.

Pesquisadores alemães demonstraram agora pela primeira vez que é possível não apenas usar a luz para impulsionar com eficiência objetos de tamanho micrométrico em um ambiente aquoso, como também é possível controlá-los com precisão em uma superfície com todos os três graus de liberdade (dois translacionais mais um rotacional).

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

Essa possibilidade de controle oferece opções completamente novas para o manuseio de objetos em nano e micro-escalas, por exemplo para a montagem de nanoestruturas, para a análise de superfícies com precisão nanométrica ou no campo biomédico.

Os motores do quadricóptero acionado por luz (direita) não se movem - eles geram impulso pela força de radiação da luz.
[Imagem: Xiaofei Wu et al. - 10.1038/s41565-022-01099-z]

Motores de luz

Os microdrones consistem em um disco de polímero transparente, com 2,5 micrômetros de diâmetro. Até quatro nanomotores fotônicos, feitos de ouro e endereçáveis independentemente, são incorporados em cada disco.

"Esses motores são baseados em antenas ópticas desenvolvidas [pela nossa equipe] - ou seja, minúsculas estruturas metálicas com dimensões 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 orientação do drone, o que é crucial para a aplicabilidade.

"Em uma etapa adicional, a energia recebida da luz é então emitida pelo 'motor' em uma direção específica, para gerar força de recuo óptico, que depende do sentido de rotação da polarização (no sentido horário ou anti-horário) e em qualquer um dos dois comprimentos de onda diferentes da luz," explicou Wu.

Devido à massa muito pequena dos drones, a equipe constatou ser possível alcançar acelerações extremas.

Agora a equipe está trabalhando em um sistema de retroalimentação contínua para corrigir automaticamente as influências externas nos microdrones, para controlá-los com mais precisão. Além disso, a equipe pretende completar as opções de controle para que a altura dos drones acima da superfície também possa ser controlada. E, claro, outro objetivo é anexar ferramentas funcionais aos microdrones.

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