光駆動モータを髪の毛ほどに小型化

November, 14, 2025, Gothenburg--ヨーテボリ大学(University of Gothenburg)の研究者らは、マイクロメートルスケールの軽動力歯車を作った。これにより、髪の毛の中に収まる史上最小のオンチップモーターへの道が開かれる。

歯車は、時計や車からロボットや風力タービンに至るまで、いたるところにある。30年以上にわたり、研究チームはマイクロエンジンを構築するために、さらに小さなギアを作成しようとしてきた。しかし、これ以上小さく動かすために必要なドライブトレインを構築することができなかったため、進歩は0.1ミリメートル(mm)で停滞した。

ヨーテボリ大学などの研究者らは、従来の機械式ドライブトレインを廃止し、代わりにレーザ光を使用してギアを直接動かすことで、この障壁を打破した。

光を動力源とする歯車
研究チームは新しい研究で、微細な機械が光メタマテリアル(ナノスケールで光を捕捉して制御できる小さなパターン構造)によって駆動できることを示している。従来のリソグラフィでは、光メタマテリアルを使用した歯車をマイクロチップ上でシリコンで直接製造し、歯車の直径は数十マイクロメートル(µm)。メタマテリアルにレーザを照射することで、研究チームは歯車を回転させることができる。レーザ光の強さによって速度が制御され、光の偏光を変えることで歯車の方向を変えることも可能である。

したがって、研究者はマイクロモーターの作成に近づいている。

新しい考え方
「われわれは、光駆動のギアがチェーン全体を動かすギアトレインを構築した。歯車は回転を直線運動に変換し、周期的な動きを実行し、微細なミラーを制御して光を偏向させることもできる」と、この研究の筆頭著者でヨーテボリ大学のソフトマター物理学の研究者、Gan Wangは話している。

このような機械をチップに直接統合し、光で駆動する能力は、まったく新しい可能性を開く。レーザ光は機械との固定接触を必要とせず、制御が容易であるため、マイクロモーターは複雑なマイクロシステムにスケールアップできる。

「これは、ミクロスケールでの力学についての根本的に新しい考え方である。かさばるカップリングを光に置き換えることで、ようやくサイズの壁を克服できる」とGan Wangはコメントしている。

セルサイズ
これらの進歩により、研究チームは、光を制御したり、小さな粒子を操作したり、将来のlab-on-a-chipシステムに統合したりできるマイクロマシンやナノマシンを想像し始めている。歯車は16〜20µｍまで小さく、そのサイズの人間の細胞がある。医学は手の届くところにある分野だとGan Wangは信じている。

「新しいマイクロモーターは、たとえば、様々な流れを調整するために、人体内のポンプとして使用できる。また、それらが開閉するバルブとしてどのように機能するかも検討している。」