光电镊操控纳米剪纸转子概念图。图片由作者提供

前不久，北京理工大学教授李家方带领的科研团队利用光电镊技术，成功操控纳米尺度的“剪纸风车”——纳米剪纸转子，在光束的舞台上“翩翩起舞”，展现出前所未有的自由与灵动。这项突破性的成果，为微纳机器人的设计和应用开辟了一条新路径。

具有深厚文化底蕴的传统剪纸艺术与现代科技的汹涌浪潮相遇，催生出纳米剪纸转子。它并非简单的微缩版剪纸，而是利用先进的纳米技术和微纳加工手段，在纳米薄膜上精心雕琢出的微型转子——纸张被替换成纳米薄膜，剪刀被半导体技术的刻蚀工具所取代，再加上应力的巧妙利用，形成了功能独特的纳米剪纸技术。

李家方介绍，纳米剪纸转子的尺寸仅相当于人类头发丝的十分之一左右，如此小的零件目前还无法通过车床等设备进行制造和操控。他们巧妙利用纳米剪纸特殊的物理特性，运用光电镊子实现对它的光学无接触式自由操控，进而通过光束图案编程，实现微型转子的自动操控。

实验室内，科研人员精心雕琢着这些纳米级的艺术品。他们通过工艺将纳米剪纸转子从基底上释放出来成为游离状态，为后续的光电操控做好准备。接着，他们将一束高度聚焦的激光束——光镊，瞄准游离状态的纳米剪纸转子。光束产生梯度力场，将转子轻轻“抓住”，如同将一只蝴蝶轻轻捧在手心，而不伤及分毫。通过精确调控光束的偏振方向，控制光束施加在转子上的力矩，纳米剪纸转子开始旋转起来。转速的快慢，可以通过调节光束的功率来实现。

为了让纳米剪纸转子能够在三维空间内自由移动，科研人员还利用了电场的力量。通过在溶液中施加电场，并改变电场的方向和强度，就可以像牵引风筝线一样，引导转子进行平移、上升、下降等各种复杂的动作。通过光束和电场的协同操控，科研团队实现了对纳米剪纸转子的多模态运动控制。这也意味着，他们可以让转子同时进行旋转、平移、翻滚等多种运动形式。

这一光学操控技术，不仅解决了国际纳米剪纸结构的空间移动限制这一难题，还实现了纳米剪纸转子的原位高效释放和光电协同多模态自由操控，标志着在光电驱动微（纳）米机器人、微流体学、新型微纳光机电系统等领域，我国正在实现新的突破。（张庭瑜 伏文正）