Un puntero láser de mano no produce fuerzas de retroceso perceptibles cuando se "dispara", aunque emite una corriente dirigida de partículas de luz. La razón de esto es su masa muy grande en comparación con los impulsos de retroceso muy pequeños que provocan las partículas de luz al salir del puntero láser.

Sin embargo, durante mucho tiempo ha quedado claro que las fuerzas de retroceso óptico pueden tener un efecto muy grande en partículas correspondientemente pequeñas. Por ejemplo, las colas de los cometas se alejan del sol en parte debido a la presión de la luz. La propulsión de naves espaciales ligeras a través de velas ligeras también se ha discutido repetidamente, más recientemente en relación con el proyecto "star shot", en el que se enviará una flota de naves espaciales en miniatura a Alpha Centauri.

Drones quadcopter ordinarios como modelos

En la revista Nature Nanotechnology , los físicos de Würzburg dirigidos por el profesor Bert Hecht (presidente de Física Experimental 5, Grupo de Nano-Óptica) ahora han demostrado por primera vez que es posible no solo impulsar eficientemente objetos del tamaño de un micrómetro en un ambiente acuoso con luz, sino también controlar exactamente sobre una superficie con los tres grados de libertad (dos de traslación más uno de rotación).

Al hacerlo, se inspiraron en los drones quadcopter ordinarios, donde cuatro rotores independientes permiten un control completo de los movimientos. Tales posibilidades de control ofrecen opciones completamente nuevas para el manejo generalmente extremadamente difícil de nano y microobjetos, por ejemplo, para el ensamblaje de nanoestructuras, para el análisis de superficies con precisión nanométrica o en el campo de la medicina reproductiva.

Discos de polímero con hasta cuatro nanomotores impulsados ​​por luz

Los microdrones de Würzburg consisten en un disco de polímero transparente que mide 2,5 micrómetros de diámetro. En este disco están integrados hasta cuatro nanomotores de oro direccionables de forma independiente.

"Estos motores se basan en antenas ópticas desarrolladas en Würzburg, es decir, diminutas estructuras metálicas con dimensiones inferiores a la longitud de onda de la luz", dice Xiaofei Wu, un postdoctorado en el grupo de investigación de Hecht. "Estas antenas se optimizaron específicamente para recibir luz polarizada circularmente. Esto permite que los motores reciban la luz independientemente de la orientación del dron, lo cual es crucial para la aplicabilidad. En un paso más, la energía de la luz recibida es emitida por el motor en una dirección específica para generar una fuerza de retroceso óptico, que depende del sentido de rotación de la polarización (hacia la derecha o hacia la izquierda) y de cualquiera de las dos longitudes de onda diferentes de la luz".

Fue solo con esta idea que los investigadores pudieron controlar sus microdrones de manera eficiente y precisa. Debido a la masa muy pequeña de los drones, se pueden lograr aceleraciones extremas.

El desarrollo de los microdrones fue un desafío. Comenzó en 2016 con una beca de investigación de la Fundación VW dedicada a proyectos arriesgados.

Fabricación precisa a base de oro monocristalino

La fabricación extremadamente precisa de los nanomotores es crucial para el funcionamiento de los microdrones. El uso de iones de helio acelerados como medio para cortar nanoestructuras de oro monocristalino ha resultado ser un cambio de juego. En pasos posteriores, el cuerpo del dron se fabrica mediante litografía por haz de electrones. Finalmente, los zánganos deben separarse del sustrato y disolverse.

En otros experimentos, se está implementando un circuito de retroalimentación para corregir automáticamente las influencias externas en los microdrones para controlarlos con mayor precisión. Además, el equipo de investigación se esfuerza por completar las opciones de control para que también se pueda controlar la altura de los drones sobre la superficie. Y, por supuesto, otro objetivo es adjuntar herramientas funcionales a los microdrones. + Explora más

Nano antenas para transferencia de datos