Durante siglos, la mecánica ha girado en torno a los engranajes. Desde los relojes y los automóviles hasta los robots, toda la ingeniería moderna se basa en esas ruedas dentadas que transforman el movimiento. Pero llevar esa idea al mundo microscópico ha sido, hasta ahora, un límite casi infranqueable. Nadie había conseguido construir engranajes funcionales por debajo de una décima de milímetro.
Un grupo de investigadores liderado por la Universidad de Gotemburgo ha logrado romper esa barrera con una solución ingeniosa: usar la luz en lugar de piezas mecánicas tradicionales. En su estudio, publicado en Nature Communications, presentan las llamadas “micromáquinas ópticas”, diminutos sistemas con engranajes de silicio que giran y se acoplan unos con otros al recibir un haz de láser. No hay cables, imanes ni motores eléctricos: solo luz.
Cada engranaje tiene un diámetro de entre 8 y 16 micrómetros, más o menos el tamaño de una célula humana. Estas piezas minúsculas pueden girar, transmitir movimiento, empujar otras partes y hasta accionar espejos microscópicos que desvían la luz. Todo ocurre sobre un chip de apenas unos milímetros cuadrados, donde decenas de miles de micromotores funcionan en paralelo bajo un mismo rayo láser.
La luz como energía mecánica
La clave del avance está en las llamadas metasuperficies ópticas, estructuras nanométricas diseñadas para manipular la luz. Cada engranaje contiene miles de “meta-átomos” de silicio, patrones tan pequeños que pueden desviar la dirección del haz láser que los ilumina. Cuando la luz se refleja o se refracta, genera una fuerza minúscula pero suficiente para hacer girar el engranaje.
De esa manera, los científicos han creado un motor óptico donde el empuje proviene directamente del intercambio de momento entre la luz y la materia. Al aumentar la intensidad del láser, el giro se acelera; al reducirla, se frena.
La dirección también se puede cambiar con solo modificar la polarización del haz. Esta precisión permite un control fino del movimiento sin contacto físico, algo imposible con engranajes convencionales a esa escala.
Los investigadores comprobaron que sus micromotores podían girar durante horas sin degradarse, lo que demuestra su estabilidad y resistencia. Además, lograron que varios engranajes se acoplaran entre sí, formando trenes de transmisión capaces de multiplicar velocidad o fuerza según el tamaño de las ruedas, igual que en un reloj. Por primera vez, un sistema mecánico completo puede operar dentro del mundo microscópico.
Del giro al desplazamiento: máquinas que empujan la luz
Una vez dominado el movimiento rotacional, el equipo dio un paso más: transformar la rotación en movimiento lineal.
Para ello crearon un sistema piñón-cremallera a escala microscópica, donde un engranaje óptico empuja una barra dentada que se desplaza a un lado u otro según la polarización del láser. Con esta configuración, las micromáquinas pueden realizar movimientos periódicos o vibratorios sin necesidad de mecanismos eléctricos.
En otra versión, los científicos incorporaron pequeñas superficies reflectantes de oro en la barra móvil. De este modo, el sistema funciona como un microespejo controlado por luz, capaz de redirigir haces ópticos en dispositivos miniaturizados. Las aplicaciones potenciales van desde la óptica de precisión hasta los sensores integrados en chips o los sistemas de comunicación fotónica.
La ventaja es que todo el proceso se basa en tecnologías de fabricación ya compatibles con la industria de semiconductores (CMOS), lo que facilita su integración con otros componentes ópticos o electrónicos. No se trata de un experimento aislado en laboratorio, sino de una plataforma reproducible y escalable para construir futuras máquinas a escala microscópica.
Motores biocompatibles y posibles usos médicos
Uno de los aspectos más prometedores del descubrimiento es su compatibilidad con entornos biológicos. El sistema se activa con un láser infrarrojo de 1064 nanómetros, una longitud de onda que apenas afecta al agua ni a los tejidos vivos. Esto significa que las micromáquinas podrían operar dentro del cuerpo humano sin causar daño.
Los investigadores creen que en el futuro podrían usarse como microbombas o válvulas internas capaces de regular flujos en sistemas biológicos, o como herramientas para manipular células individuales. La ausencia de cables o componentes magnéticos simplifica su uso en medios líquidos y permite un control remoto preciso mediante luz.
También podrían servir como microsensores de fuerza, aprovechando la extrema sensibilidad de las metasuperficies para detectar cambios en el entorno. En el campo biomédico, podrían medir la elasticidad de una célula, estudiar interacciones moleculares o ayudar a desarrollar dispositivos de diagnóstico no invasivos.
Un futuro de máquinas de luz
El logro no solo rompe una barrera técnica, sino también conceptual: demuestra que la mecánica puede rediseñarse desde la óptica. Las futuras generaciones de estas “metamáquinas” podrían incorporar materiales que cambien sus propiedades con la temperatura o con estímulos eléctricos, permitiendo un control aún más versátil.
Los autores imaginan integrar estos sistemas con metalentes y moduladores ópticos para crear dispositivos programables que alteren la trayectoria de la luz o manipulen microflujos en tiempo real. El objetivo final es construir plataformas completas de micro-robótica alimentadas por luz, con movimiento coordinado y control colectivo a través de un único haz.
A largo plazo, este tipo de tecnología podría transformar campos tan diversos como la robótica médica, la fotónica o la exploración de materiales a nanoescala.
Referencias
- Wang, G., Rey, M., Ciarlo, A. et al. Microscopic geared metamachines. Nat Commun 16, 7767 (2025). doi: 10.1038/s41467-025-62869-6
