Zamislite robotsku tvornicu u kojoj nadzornik daje sve upute i naredbe svojim „radnicima“ laserskom zrakom i to prije uključivanja u pogon. Ili kuću kojom se po miloj volji upravlja raznobojnom svjetiljkom. Ili mina koja se na daljinu pali ili deaktivira laserom. Ili…

Riječ je dakako o daljinskom upravljanju. Nije to ništa novo. Prvo daljinski, bežično upravljivo vozilo bio je brodić što ga je Nikola Tesla 1898. iskušao pred zapanjenom publikom na jezeru njujorškog Central Parka. (Gdje su žice?) Repliku tog  plovila možemo danas vidjeti u zagrebačkom Tehničkom muzeju koji odnedavno nosi ime slavnoga izumitelja.

Ni prenošenje signala svjetlom nije novost. Fotoelektrični učinak (fotoefekt) je još 1887. otkrio Hertz, a protumačio ga je 1905. godine Albert Einstein i za to, a ne za teoriju relativnosti, dobio Nobelovu nagradu. Fotosenzore danas nalazimo na svakom koraku, od vratiju za lift do tipki na semaforu. Tehnička novost o kojoj pišem, a prenosim je iz časopisa Nature Nanotechnology, zove se „sensing without power“, dakle senzor bez električnog napajanja, kako glasi i naslov članka objavljenog 11. kolovoza ove godine. O čemu se tu radi?

Riječ o zapravo vrlo jednostavnom uređaju, mikromehaničkoj sklopci. Na 0,4 mm dugom bimorfu nalazi se pločica slične veličine koja apsorbira svjetlost i pri tome se zagrijava. Kada se zagrije za oko jedan stupanj Celzija (za što je dovoljno zračenje snage  500 nW), pločica prenese toplinu na bimorf koji se uslijed toga ispruži te zatvori 0,5 mikrometra širok rascjep – i zatvori strujni krug. Ni to nije novost. Tako radi i bimetalni prekidač,  najvažniji dio termostata. No novost je sićušnost prekidača i – još više – što se „mikromehanička sklopka“ aktivira svjetlom. (Bimorf radi na isti način kao i bimetal, razlika je samo u tome što se ne sastoji od dva metala nego od dva materijala s različitim koeficijentom toplinskog širenja. Ovdje je riječ o aluminiju nanasenom na kremen, silicijev dioksid.)

Razlika između aktiviranja toplinom, kao kod termostata, i aktiviranja svjetlom, kao kod novog uređaja,  je bitna. Ima samo jedna vrsta topline, no vrsta svjetlosti, elektromagnetskog zračenja ima bezbroj. Stoga je senzor na pločici iznad bimorfa od presudne važnosti za funkcioniranje uređaja. On je napravljen plazmonskog metamaterijala, tvari koja, za razliku od zraka ili stakla, ima negativan indeks loma. Sastoji se od tankih slojeva električki vodljivog i električki nevodljivog materijala (npr. srebra nanešenog na silicijev nitrid). Prednost mu je pred drugim tvarima koje apsorbiraju zračenje u tome što se može lako, variranjem debljine i rasporeda slojeva, ugoditi na apsorpciju elektromagnetskog zračenja bilo koje frekvencije.

Kako bi funkcionirao logički sklop sastavljen od mikromehaničkih sklopki vidimo na priloženoj slici. Strujni se krug može zatvoriti obasjavanjem crvenom (R), no i kombinacijom plave (B) i zelene (G) svjetlosti. No to je samo najjednostavniji logički sklop.

Sklopka se može shvatiti kao bistabil, temeljna logička jedinica digitalnog uređaja (zatvorena sklopka = 1, otvorena sklopka = 0), pa nema načelne prepreke da na temelju mikromehaničke sklopke ne naprave digitalna računala. No to bi ipak bilo nepraktično, zbog male gustoće i frekvencije. Na površinu od jednog kvadratnog milimetra mogu stati smo četiri sklopke, a to znači da bi kvadratni centimetar „svjetlosne memorije“ mogao imati najviše 400 bita. Koliko treba vremena da se skopka prijeđe iz jednog u drugo stanje u članku ne piše, no sigurno joj treba mnogo (mnogo, mnogo…) više vremena nego poluvodičkom elementu koji čini osnovnu jedinicu memorije elektroničkog računala.

Ipak dvije prednosti ostaju: istodobno bi se svi bistabili mogli dovesti u željeno stanje jer zraka svjetlosti koja ih aktivira može sadržavati sve potrebne boje i, drugo, stanje se memorije može mijenjati i kad struja ne teče, kada  je uređaj isključen. A to će sigurno dovesti do tehnoloških primjena, ne samo (nužno) onih koje sam ovlaš spomenuo.

Dr. Nenad Raos, po struci kemičar,  znanstveni je savjetnik u trajnome zvanju na zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada. Intenzivno se bavi popularizacijom znanosti: autor je 13 znanstveno-popularnih knjiga, 7 izložbi u zagrebačkom Tehničkom muzeju te mnogo stotina članaka po časopisima.  Dobitnik je Nagrade za znanstveni rad u području prirodnih znanosti HAZU-a (1996.) i Državne godišnje nagrade za promidžbu i popularizaciju znanosti (2003.).