Uno de los mayores desafíos en el ámbito de la microtecnología ha sido la búsqueda de fuentes de energía eficientes para micromotores y microengranajes. Un artículo reciente en arXiv, que será publicado en Physical Review Letters, propone una solución fascinante utilizando metamateriales ópticos que reaccionan a la luz polarizada. Este avance promete cambiar el paradigma de cómo se diseñan y funcionan los micromecanismos.

En el corazón de esta innovación se encuentran trenes de engranajes fabricados mediante técnicas de litografía estándar. Los engranajes motoras están equipados con una metasuperficie que se activa con luz polarizada circular. Esto significa que la luz polarizada hacia la izquierda genera una fuerza que hace que el engranaje gire en sentido antihorario, mientras que la polarizada a la derecha produce el efecto contrario. Sorprendentemente, todo esto ocurre bajo el agua, permitiendo que las piezas móviles floten y giren con facilidad al recibir el impulso luminoso. Esta forma de operación no solo simplifica el control de los micromotores, sino que también abre la puerta a su uso a nivel nanométrico, donde las aplicaciones son ilimitadas.

La metasuperficie está diseñada con regiones de submicropilares, con patrones específicos que permiten controlar el movimiento en una única dirección usando luz polarizada linealmente. Sin embargo, cuando se requiere movimiento bidireccional (horario y antihorario), la estructura debe dividirse en ocho regiones, utilizando luz polarizada circularmente. Este sistema ha sido meticulosamente desarrollado, como se ilustra en los gráficos donde se indican las fuerzas generadas sobre el metarrotor.

Lo intrigante es que el artículo incluye microfotografías y videos espectaculares de estos micromotores en acción, ofreciendo un vistazo al potencial que tienen estas máquinas microscópicas. Espectadores y científicos por igual quedarán fascinados al ver cómo estas estructuras se mueven con precisión bajo diversas condiciones de luz.

El diseño del micromotor incluye un metarrotor anclado a un chip de vidrio a través de un pilar, todo fabricado en un proceso de fotolitografía en cuatro etapas. Desde la creación de los submicropilares de silicio hasta la colocación del pilar de SU-8, cada paso es crucial para el rendimiento del dispositivo. Este metarrotor se convierte en el corazón del micromecanismo, impulsando la operación de los engranajes pasivos que lo rodean. Aunque actualmente todos estos diseños son prototipos, se espera que los ingenieros mecánicos puedan encontrar aplicaciones prácticas en la industria, la medicina y más allá.

El uso de luz polarizada circular para controlar el sentido de rotación transforma completamente cómo interactuamos con estas microsistemas. La habilidad de cambiar la irradiación con el tiempo permite una manipulación sencilla y eficiente del movimiento. Estos micromotores no solo son un espectáculo visual; tienen potencial para aplicaciones que pueden transformar sectores como el biomédico y el óptico.

Una de las aplicaciones más destacadas sugeridas por los investigadores es la manipulación de materia biológica, como bacterias y células, gracias a la biocompatibilidad de estos metarrotores. Además, podrían servir para el desarrollo de dispositivos mecánicos programables, capaces de modificar las propiedades ópticas de materiales microestructurados, con aplicaciones en tecnologías de colimación y ajuste del haz en óptica. Estos micromecanismos, que operan a escalas de femtonewton, también son ideales para aplicaciones en metrología micromecánica, permitiendo medir fuerzas mecánicas sobre células y macromoléculas como el ADN.

Sin duda, estamos ante una revolución en el campo de la microtecnología. Las posibilidades son vastas y solo el tiempo y la creatividad de los investigadores marcarán los límites de estas metamáquinas.