वुर्जबर्ग भौतिकविदों द्वारा निर्मित प्रकाश द्वारा संचालित माइक्रोड्रोन

पहली बार, वुर्जबर्ग विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी केवल प्रकाश का उपयोग करके और स्पष्ट नियंत्रण का उपयोग करके माइक्रोमीटर के आकार के ड्रोन को आगे बढ़ाने में सफल रहे हैं। ये माइक्रोड्रोन लाल रक्त कोशिकाओं की तुलना में काफी छोटे होते हैं।

लाल रक्त कोशिकाओं के बीच दो सक्रिय प्रकाश-चालित नैनोमोटर्स के साथ एक माइक्रोड्रोन का कलात्मक प्रतिनिधित्व। छवि क्रेडिट: थोरस्टन फीच्टनर / वुर्जबर्ग विश्वविद्यालय।

एक हाथ से पकड़े जाने वाला लेज़र पॉइंटर “निकाल” होने पर कोई स्पष्ट पुनरावृत्ति बल नहीं बनाता है – भले ही यह प्रकाश कणों के एक निर्देशित प्रवाह को जारी करता है। इसका कारण इसका अत्यंत बड़ा द्रव्यमान है, जो कि लेजर पॉइंटर से प्रस्थान करते समय प्रकाश कणों द्वारा बनाए गए मिनट रिकॉइल आवेगों की तुलना में होता है।

फिर भी, यह लंबे समय से स्पष्ट है कि ऑप्टिकल रीकॉइल बलों का वास्तव में छोटे कणों पर बहुत बड़ा प्रभाव हो सकता है। उदाहरण के लिए, धूमकेतु की पूंछ प्रकाश के दबाव के कारण आंशिक रूप से सूर्य से दूर होती है।

हाल ही में “स्टार शॉट” परियोजना के संबंध में, जहां छोटे अंतरिक्ष यान का एक काफिला अल्फा सेंटौरी के लिए लॉन्च किया जाना है, प्रकाश पाल का उपयोग करते हुए प्रकाश अंतरिक्ष यान के प्रणोदन पर भी अक्सर विचार-विमर्श किया गया है।

मॉडल के रूप में साधारण क्वाडकॉप्टर ड्रोन

प्रोफेसर बर्ट हेच (प्रायोगिक भौतिकी 5 के अध्यक्ष, नैनो-ऑप्टिक्स ग्रुप) द्वारा निर्देशित वुर्जबर्ग भौतिकविदों ने वर्तमान में पहली बार सचित्र किया है कि न केवल प्रकाश के साथ जलीय परिवेश में माइक्रोमीटर के आकार की वस्तुओं को सक्षम रूप से आगे बढ़ाना संभव है, बल्कि उन्हें नियंत्रित भी करना है। स्वतंत्रता के सभी तीन डिग्री (दो अनुवादकीय और एक घूर्णन) के साथ एक सतह। जर्नल में उनके प्रयासों का विवरण प्रस्तुत किया गया है प्रकृति नैनो तकनीक.

शोधकर्ता बुनियादी क्वाडकॉप्टर ड्रोन से प्रेरित थे, जहां चार अलग-अलग रोटर आंदोलनों के पूर्ण विनियमन को सक्षम करते हैं। इस तरह की नियंत्रण व्यावहारिकता नैनो- और सूक्ष्म वस्तुओं के आम तौर पर बहुत कठिन संचालन के लिए पूरी तरह से नए विकल्प प्रदान करती है, उदाहरण के लिए, नैनोमीटर सटीकता के साथ सतहों की जांच के लिए, नैनोस्ट्रक्चर की असेंबली के लिए या प्रजनन चिकित्सा के क्षेत्र में।

चार प्रकाश-संचालित नैनोमोटर्स के साथ पॉलिमर डिस्क

वुर्जबर्ग माइक्रोड्रोन में एक पारदर्शी बहुलक डिस्क होती है जिसका व्यास 2.5 माइक्रोन होता है। इस डिस्क में सोने से बने चार अलग-अलग एड्रेसेबल नैनोमोटर्स डाले गए हैं।

ये मोटर वुर्जबर्ग में विकसित ऑप्टिकल एंटेना पर आधारित हैं, – यानी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से कम आयामों वाली छोटी धातु संरचनाएं। इन एंटेना को विशेष रूप से गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया गया था। यह ड्रोन के उन्मुखीकरण की परवाह किए बिना मोटर्स को प्रकाश प्राप्त करने की अनुमति देता है, जो प्रयोज्यता के लिए महत्वपूर्ण है।

ज़ियाओफ़ी वू, पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता, हेचट रिसर्च ग्रुप, वुर्जबर्ग विश्वविद्यालय

“एक और कदम में, प्राप्त प्रकाश ऊर्जा को तब मोटर द्वारा एक विशिष्ट दिशा में ऑप्टिकल रीकॉइल बल उत्पन्न करने के लिए उत्सर्जित किया जाता है, जो ध्रुवीकरण (घड़ी की दिशा या वामावर्त) के घूर्णन की भावना पर निर्भर करता है और प्रकाश के दो अलग-अलग तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। , “ ज़ियाओफ़ी वू ने जोड़ा।

इस विचार का उपयोग करके ही वैज्ञानिक अपने माइक्रोड्रोन को संसाधन और सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते थे। ड्रोन के छोटे द्रव्यमान के कारण, अत्यधिक गति को पूरा किया जा सकता है।

माइक्रोड्रोन का निर्माण कठिन था। यह 2016 में जोखिम भरी परियोजनाओं के लिए प्रतिबद्ध वीडब्ल्यू फाउंडेशन द्वारा प्रदान किए गए एक शोध अनुदान के साथ शुरू हुआ।

सिंगल-क्रिस्टल गोल्ड पर आधारित सटीक निर्माण

माइक्रोड्रोन के काम करने के लिए नैनोमोटर्स का असाधारण रूप से सटीक निर्माण महत्वपूर्ण है। मोनोक्रिस्टलाइन सोने से नैनोस्ट्रक्चर को काटने के तरीके के रूप में त्वरित हीलियम आयनों का उपयोग एक गेम-चेंजिंग कारक रहा है। अतिरिक्त चरणों में, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी का उपयोग करके ड्रोन का शरीर बनाया जाता है। अंतिम चरण के रूप में, ड्रोन को सब्सट्रेट से अलग किया जाना चाहिए और समाधान में ले जाया जाना चाहिए।

अतिरिक्त प्रयोगों में, माइक्रोड्रोन पर बाहरी प्रभावों को स्वचालित रूप से ठीक करने के लिए एक फीडबैक लूप लागू किया जा रहा है ताकि उन्हें अधिक सटीक रूप से विनियमित किया जा सके। इसके अलावा, शोधकर्ताओं का लक्ष्य नियंत्रण विकल्पों को खत्म करना है ताकि सतह से ऊपर ड्रोन की ऊंचाई को भी नियंत्रित किया जा सके। इसके अलावा, एक अन्य उद्देश्य माइक्रोड्रोन के लिए कार्यात्मक उपकरणों को तेज करना है।

जर्नल संदर्भ:

वू, एक्स., और अन्य. (2022) प्रकाश से चलने वाले माइक्रोड्रोन। प्रकृति नैनो तकनीक. doi.org/doi.org/10.1038/s41565-022-01099-z।

स्रोत: https://www.uni-wuerzburg.de/en

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