多国科学家研制靠微粒子推动的新型微齿轮

小顾

据物理学家组织网报道，意大利、德国和西班牙的科学家合作，日前成功设计出一种由微粒子推动的新型微齿轮。微粒子以周围过氧化氢溶液为燃料推动自身前进，就像微型马达，当它们进入齿间就会推动微齿轮旋转。将来这种微齿轮有望作为自动微机器的基本构件。

现代纳米技术能造出在结构和形态上高度可控的微米和纳米级物质。研究人员开始探索能否给这些结构“赋予生命”，让它们能自我推进。该项研究的主要参与人员意大利罗马大学的克劳迪奥·麦吉说，他们正在研发的一类名叫“主动物质”的先进材料，能把一些内置能源直接转化成运动。

本研究中的“主动物质”微马达是一种5微米大小的雅努斯（Janus，罗马神话中的两面神）粒子，有两个不对称面，其中一面涂有一层铂，把它们浸入过氧化氢溶液时，会只向一个方向移动，沿齿轮一边前进卡在齿间。齿轮约8微米，有6个齿，最多可容纳6个雅努斯粒子。

研究人员说，以往也有类似方法利用细菌或人造微泳器的集体运动产生主动运动，但需要很高的细菌或微粒浓度，同时也很难控制它们的运动。新方法的最大优点是所需粒子浓度低，而且运动高度确定。他们发现，嵌入微齿轮齿间的雅努斯粒子在1到3个时，齿轮旋转速度随粒子数增加而线性增加；粒子增加到4个以后，齿轮速度放缓，可能是因为增加的粒子耗尽了过氧化氢燃料，使所有粒子总体速度下降了。

该项研究的合作者、意大利国家研究委员会的罗伯托·迪·莱奥纳多说，他们的研究证明了“主动物质”系统中的相互作用，为造出高度可重复、可控制的微机器开辟了新途径。他们还将探索是否可通过调整过氧化氢浓度来控制微马达转速，因为速度可控是将微机器用于芯片实验室及其他设备的关键。