Самые маленькие двигатели для микроскопических роботов

Люди часто говорят, что «размер имеет значение». Также справедливо это изречение и на уровне нано масштабов, где сегодня ведется много исследований и несколько научных коллективов претендуют на создание «самого маленького двигателя в мире». Последний наноразмерный двигатель создан из крошечных заряженных частиц золота и разработан исследователями из Кембриджского университета, утверждающими, что он самый маленький в мире.

Этот наноразмерный преобразователь энергии создан из микроскопических заряженных частиц золота, которые удерживаются вместе в гелеобразной среде с использованием чувствительных к температуре полимеров, в то время как всё хитроумное изобретение находится во взвешенном состоянии в воде. При нагревании с помощью лазера двигатель почти сразу принимает большое количество энергии и сохраняет ее в качестве механической (упругой) энергии, принуждая золотые нано частицы объединиться в плотно уложенные пакеты.

Когда преобразователь энергии затем охлаждают, гель полимера поглощает воду из окружающей среды и быстро расширяется, с силой отталкивая золотые нано частицы друг от друга, с выделением накопленной механической энергии.
«Это похоже на взрыв», — сказал д-р Тао Дин из Кавендишской лаборатории Кембриджа. Сотни золотых шаров разлетаются в миллионную долю секунды, когда молекулы воды раздвигают полимер вокруг них.

Ученые утверждают, что действующие при этом силы на порядки больше, чем у любого аналогичного устройства. Есть аналогичный двигатель заряженных частиц немецких физиков, сравнимый размером с одним атомом. Он производит энергию при КПД около 33 % и его трудно сравнивать с изобретением из Кембриджа. Тем не менее, исследователи из Кембриджа все-таки утверждают, что их устройство создает энергию почти в 100 раз эффективнее, чем любой другой двигатель или мышцы.

Двигатели из Кембриджа получили название «Муравьи» (ANT — Actuating Nano-Transducers) за то, что их работа в процессе преобразования энергии из одной формы в другую похожа на действия муравьев. Подобно этим маленьким насекомым, они создают огромные усилия в сравнении с их массой.

Создатели считают, что в будущем их силовая установка может обеспечить энергией целый ряд микроскопических роботов, которые могут, например, перемещаться по человеческому телу, чтобы бороться с вирусами и болезнями на своем уровне.