과학자들은 인간 머리카락보다 작은 마이크로 모터를 개발했습니다.

오른쪽에서 세 번째 기어는 레이저광에 반응하여 기어를 움직이는 광학 메타물질을 가지고 있습니다. 모든 기어는 칩 위에 직접 실리카를 사용하여 제작됩니다. 각 기어의 지름은 약 0.016mm입니다. 출처: 간 왕

예테보리 대학교 연구진이 마이크로미터 크기의 광구동 기어를 개발했습니다. 이는 머리카락 한 올 안에 들어갈 수 있는 역사상 가장 작은 온칩 모터 개발의 길을 열었습니다.

기어는 시계, 자동차, 로봇, 풍력 터빈 등 어디에나 있습니다. 30년 넘게 연구자들은 마이크로 엔진을 제작하기 위해 더 작은 기어를 개발하려고 노력해 왔습니다. 하지만 기어를 더 작게 만드는 데 필요한 구동계를 제작할 수 없었기 때문에 0.1mm에서 진전이 중단되었습니다.

예테보리 대학의 연구진을 비롯한 연구진은 기존의 기계식 구동 장치를 폐기하고 대신 레이저 광선을 사용하여 기어를 직접 움직여 이러한 장벽을 허물었습니다.

빛으로 구동되는 기어

연구진은 새로운 연구에서 미세 기계가 광학 메타물질(나노미터 단위의 빛을 포착하고 제어할 수 있는 작고 패턴화된 구조)을 통해 구동될 수 있음을 보여주었습니다. 전통적인 리소그래피 기술을 사용하여 광학 메타물질을 사용한 기어를 실리콘을 이용하여 마이크로칩에 직접 제작하는데, 이 기어의 직경은 수십 마이크로미터입니다. 연구진은 메타물질에 레이저를 비추어 기어를 회전시킬 수 있습니다. 레이저 광의 세기는 속도를 제어하며, 빛의 편광을 변화시켜 기어의 방향을 바꾸는 것도 가능합니다.

연구자들은 이제 마이크로 모터를 만드는 데 한 걸음 다가갔습니다.

새로운 사고방식

"우리는 빛으로 구동되는 기어가 전체 체인을 움직이는 기어 트레인을 구축했습니다. 이 기어는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고, 주기적인 운동을 수행하며, 미세 거울을 제어하여 빛을 굴절시킬 수도 있습니다."라고 예테보리 대학교 연성 물질 물리학 연구원이자 이 연구의 제1저자인 간 왕은 말합니다.

이러한 기계를 칩에 직접 통합하고 빛으로 구동할 수 있는 능력은 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다. 레이저 빛은 기계와의 고정된 접촉이 필요 없고 제어가 용이하기 때문에, 마이크로모터는 복잡한 마이크로시스템으로 확장될 수 있습니다.

"이것은 미세 규모의 역학에 대한 근본적으로 새로운 사고방식입니다. 부피가 큰 커플링을 가벼운 것으로 대체함으로써 마침내 크기 장벽을 극복할 수 있습니다."라고 간 왕은 말합니다.

셀 크기

이러한 발전으로 연구자들은 빛을 제어하고, 작은 입자를 조작하고, 미래의 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 시스템에 통합될 수 있는 마이크로 및 나노머신을 구상하기 시작했습니다. 톱니바퀴는 16~20마이크로미터 정도로 작을 수 있으며, 인체 세포도 그 정도 크기입니다. 간 왕은 의학이 곧 실현 가능한 분야라고 믿습니다.

"새로운 마이크로모터를 인체 내부의 펌프로 사용하여 다양한 흐름을 조절할 수 있습니다. 또한, 이 마이크로모터가 어떻게 열리고 닫히는 밸브 역할을 하는지 연구하고 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250918025025.htm