Νανοσωματίδια χρυσού με επικάλυψη πολυμερών που διογκώνονται (πηγή: Cambridge)
Ερευνητές έχουν αναπτύξει τον πιο μικροσκοπικό κινητήρα του κόσμου –μόλις λίγα δισεκατομμυριοστά του μέτρου (νανόμετρα) σε μέγεθος– που χρησιμοποιεί φως για να τροφοδοτηθεί. Ο κινητήρας νανοκλίμακας, που αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ, θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για μελλοντικές νανομηχανές. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό «PNAS».
Η πρωτότυπη συσκευή είναι κατασκευασμένη από μικροσκοπικά φορτισμένα σωματίδια χρυσού, δεμένα μεταξύ τους με πολυμερή, σε μορφή γέλης, που ανταποκρίνονται σε αλλαγές στη θερμοκρασία. Όταν ο «νανοκινητήρας» θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία με λέιζερ, αποθηκεύει μεγάλες ποσότητες ελαστικής ενέργειας μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου, καθώς οι πολυμερείς επικαλύψεις αποβάλλουν όλο το νερό και συρρικνώνονται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα νανοσωματίδια χρυσού να δεθούν μεταξύ τους σε στενές συστάδες. Όταν η συσκευή ψύχεται, τα πολυμερή απορροφούν νερό και διογκώνονται, τα νανοσωματίδια απωθούνται γρήγορα και με μεγάλη δύναμη, όπως ένα ελατήριο.
«Είναι σαν μια έκρηξη», δήλωσε ο δρ. Τάο Ντινγκ. «Έχουμε εκατοντάδες χρυσές μπάλες που απομακρύνονται απότομα σε ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, όταν τα μόρια του νερού διογκώνουν τα πολυμερή γύρω τους».
«Γνωρίζουμε ότι το φως μπορεί να θερμάνει το νερό για να τροφοδοτήσει με ενέργεια τις ατμομηχανές. Τώρα όμως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε φως για να τροφοδοτήσουμε έναν κινητήρα-έμβολο σε νανοκλίμακα», δήλωσε ο ερευνητής δρ. Βεντσισλάβ Βάλεβ.
Οι νανομηχανές ήταν εδώ και καιρό ένα όνειρο των επιστημόνων, αλλά επειδή δεν είχαν αναπτυχθεί τρόποι που θα επέτρεπαν να κινηθούν, έχουν παραμείνει στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές είναι απίστευτα απλή, αλλά μπορεί να είναι εξαιρετικά γρήγορη και να ασκήσει μεγάλες δυνάμεις.
Νανοσωματίδια χρυσού με επικάλυψη πολυμερών που διογκώνονται (πηγή: Cambridge)
Οι δυνάμεις που ασκούνται από αυτές τις μικροσκοπικές συσκευές είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από προηγούμενες συσκευές, με δύναμη ανά μονάδα βάρους σχεδόν εκατό φορές μεγαλύτερη από οποιοδήποτε κινητήρα ή μυ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι συσκευές είναι επίσης βιοσυμβατές, οικονομικά αποδοτικές στην κατασκευή και ενεργειακά αποδοτικές.
Ο καθηγητής Ιερεμίας Μπάουμπεργκ, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, έχει ονομάσει τις συσκευές ANT (Actuating Nano-Transducer) ή «μυρμήγκι». «Όπως και τα πραγματικά μυρμήγκια, παράγουν μεγάλες δυνάμεις για το βάρος τους. Η πρόκληση που αντιμετωπίζουμε τώρα είναι πώς να ελέγξουμε αυτή τη δύναμη για εφαρμογές νανομηχανών».
Η έρευνα δείχνει πώς να μετατρέψει την Van de Waals ενέργεια -την έλξη μεταξύ των ατόμων και των μορίων- σε ελαστική ενέργεια πολυμερών και να την απελευθερώσει πολύ γρήγορα. «Η όλη διαδικασία είναι σαν ένα νανοελατήριο. Το έξυπνο μέρος εδώ είναι η χρήση της έλξης Van de Waals σωματιδίων βαρέων μετάλλων για να ρυθμίσουν τα ελατήρια (πολυμερή) ώστε τα μόρια του νερού να τα απελευθερώσουν, κάτι που είναι εύκολα αναστρέψιμο και μπορεί να αναπαραχθεί», δήλωσε ο Μπάουμπεργκ.
