Исследователи из Университета Саймона Фрейзера разработали удивительно быстрый двигатель, который использует новый вид топлива – информацию.
Разработка этого двигателя, который преобразует случайное покачивание микроскопической частицы в накопленную энергию, описана в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), и может привести к значительному увеличению скорости компьютеров и прогрессу в био-нанотехнологии.
Профессор физики SFU и старший автор Джон Бечхофер говорит, что понимание исследователями того, как быстро и эффективно преобразовывать информацию в «работу», может помочь в разработке и создании реальных информационных машин.
«Мы хотели выяснить, с какой скоростью может работать информационный двигатель и сколько энергии он может извлечь, поэтому мы его создали», – говорит Джон Бечхофер, экспериментальная группа которого сотрудничала с теоретиками во главе с профессором физики SFU Дэвидом Сиваком.
Двигатели этого типа были впервые предложены более 150 лет назад, но фактически их производство стало возможным только недавно.
«Систематически изучая этот двигатель и выбирая правильные системные характеристики, мы расширили его возможности в десять раз по сравнению с другими аналогичными реализациями, что сделало его лучшим в своем классе на данный момент», – говорят ученые.
Информационная машина, разработанная исследователями, состоит из микроскопической частицы, погруженной в воду и прикрепленной к пружине, которая сама прикреплена к подвижной платформе. Затем исследователи наблюдают, как частица подпрыгивает вверх и вниз из-за теплового движения.
«Когда мы видим скачок вверх, мы в ответ перемещаем платформу вверх», – говорят ученые. «Когда мы видим отскок вниз, мы ждем. В итоге вся система поднимается, используя только информацию о положении частицы».
Повторяя эту процедуру, они поднимают частицу «на большую высоту и, таким образом, накапливают значительное количество гравитационной энергии», без необходимости непосредственно тянуть частицу.
Далее исследователи объясняют, что «в лаборатории мы реализуем этот двигатель с помощью инструмента, известного как оптическая ловушка, который использует лазер для создания силы на частице, имитирующей силу пружины и ступени».
«В нашем теоретическом анализе мы находим интересный компромисс между массой частицы и средним временем отскока частицы. Хотя более тяжелые частицы могут хранить больше гравитационной энергии, они обычно также требуется больше времени, чтобы подняться наверх “.
«Руководствуясь этим пониманием, мы выбрали массу частиц и другие свойства двигателя, чтобы максимально увеличить скорость извлечения энергии двигателем, превосходящую предыдущие конструкции и достижение мощности, сопоставимой с молекулярными механизмами в живых клетках, и скоростей, сопоставимых с быстро плавающими бактериями», – говорят ученые.
Исследование было опубликовано в журнале PNAS.
Источник: