超小型電機,直徑只有5毫米,只需光碟機動

2020-12-04 孜然實驗室

5.5毫米直徑的微型電機轉子的照片,該轉子由特殊取向的聚合物薄膜製成,位於鉛筆尖上。圖片:UW Physics, Piotr Wasylczyk

華沙大學物理系的研究人員以及來自波蘭和來自中國的同事使用液晶彈性體技術演示了一種光動力的旋轉微電機。由雷射束驅動和控制的直徑為5毫米的環可以旋轉並執行工作,例如通過旋轉安裝在同一軸上的另一個元件。

旋轉在人類的文明中無處不在,但在自然界中非常罕見。儘管我們可以製造各種旋轉電機,但它們通常由許多元件組成,這使其難以小型化。但是,有一組材料可以構造小型、活動或行動裝置 - 液晶彈性體(liquid crystal elastomer,LCE)。對這些材料的研究主要集中在LCE形狀的設計及其在雷射照射下的變化(例如收縮,彎曲)。

液晶彈性體是智能材料,可以在不同的刺激下(包括可見光照明)表現出宏觀、快速、可逆的形狀變化。它們可以以微米和毫米尺度以各種形式製造,並且通過分子定向工程,它們可以執行複雜的運動模式。

華沙大學研究員與西安交通大學、利物浦大學數學科學系、華沙軍事工業大學應用物理研究所、波蘭科學院高分子與碳材料中心現已開發出一種微型電機,該電機由雷射束及其與基質的相互作用而引起的軟質材料的運動變形而旋轉。主要部分(轉子)是一個5毫米的環。彈性體分子取向的適當設計提供了微電機的穩定性能或可以提高旋轉速度。

直徑為5.5毫米的微型電機,由旋轉的雷射束驅動。圖片:UW Physics, Mikolaj Rogoz

「儘管速度很慢,每分鐘大約旋轉一圈,但我們的電機使我們能夠從不同的角度看待智能軟材料的微動力學,並就其潛在用途提供了深刻的方法。」光子納米結構實驗室的克勞迪婭·德拉德拉赫(Klaudia Dradrach)博士說。馬達設計的靈感來自環形壓電馬達,通常在照相鏡頭的自動對焦系統中使用。來自波蘭科學院和軍事技術大學的科學家的貢獻對於LCE微型組件可重複製造方法的發展至關重要。

先前已證明輕型蝸牛機器人像其自然親屬一樣運動的研究人員認為,新型智能材料與先進的製造方法相結合,將使它們能夠製造出更多的微型組件和驅動器。

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