Il micro-motore azionato dalla luce

rob-labI veicoli a energia solare permettono il trasporto su terra, acqua e in aria utilizzando la luce del sole come fonte primaria di energia. La conversione della luce in movimento avviene in genere attraverso alcune fasi di trasformazione fra diverse forme di energia. Si tratta per lo più di veicoli elettrici alimentati da celle fotovoltaiche che convertono in un primo stadio la luce solare in energia elettrica.

Questa strategia indiretta comporta però un elevato grado di complessità che pone grosse limitazioni alla miniaturizzazione di motori solari su scala micrometrica. D’altra parte la generazione di propulsione su piccole scale è di importanza cruciale per il funzionamento di micro e nanomacchine all’interno dei cosiddetti lab on a chip, ovvero laboratori miniaturizzati su un chip per applicazioni biomediche. E’ quindi impensabile utilizzare la luce come fonte di energia per la propulsione di veicoli microscopici? Ricercatori del dipartimento di Fisica della Sapienza e dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, coordinati da Roberto Di Leonardo, docente presso la Scuola Superiore di Studi Avanzati della Sapienza, hanno messo a punto una nuova strategia per la conversione diretta ed efficiente della luce in movimento.

Il dispositivo consiste in una “ruota” di dimensioni comparabili a quelle di un globulo rosso, rivestita da uno strato di materiale fotoassorbente e sospesa sulla superficie di un liquido. In presenza di luce, un debole riscaldamento disomogeneo sbilancia la tensione superficiale sul contorno dell’oggetto e genera una torsione in grado di produrre rotazioni di 300 giri al minuto. La rotazione può essere controllata rapidamente e indefinitamente regolando la potenza della luce che investe l’oggetto. L’efficienza della conversione di luce in lavoro misurata è di circa cinque ordini di grandezza maggiore degli effetti studiati in precedenza e permette di generare rotazioni con basse densità di potenza luminosa.

“La tensione superficiale, che permette ad esempio ad alcune specie d’insetti di camminare sull’acqua senza perforarne la superficie, diventa sempre più rilevante in sistemi di dimensioni via via più piccole – afferma Roberto Di Leonardo – Su scala micrometrica la tensione superficiale è una delle forze di maggiore intensità ma generalmente è sempre perfettamente bilanciata e non produce spostamenti netti in una direzione. Quello che abbiamo dimostrato è che il debole riscaldamento generato dalla semplice esposizione alla luce è sufficiente a sbilanciare le forze capillari e produrre una torsione netta in grado di far ruotare molto rapidamente un motore microscopico di forma asimmetrica. In futuro questi micromotori potrebbero trasportare carichi microscopici, come ad esempio singole cellule, all’interno di dispositivi miniaturizzati alimentati dalla semplice esposizione alla luce solare.”

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