Двигатели и моторы есть практически в каждом устройстве — от автомобилей до стиральных машин. Сегодня ученые также активно работают над созданием нанодвигателей, которые могли бы питать сеть наномашин, заменяя традиционные источники питания электронных устройств.
Исследователи из Инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине создали первый в мире работающий твердотельный оптический нанодвигатель (все предыдущие версии таких двигателей были крайне ограничены для практического применения в реальных технологиях).
Нанодвигатель имеет ширину менее 100 нанометров (для сравнения: толщина листа бумаги — ~100 000 нанометров) и может вращаться на твердой подложке при неинтенсивном освещении. Самое главное, что нанодвигатель может преобразовывать свет в механическую энергию для различных твердотельных микро- и наноэлектромеханических систем в качестве бестопливного и безредукторного двигателя.
Одним из самых больших препятствий, сдерживающих внедрение подобных устройств, всегда было броуновское движение. Оно возникает, когда молекулы воды сбивают такие наномоторчики со своей оси вращения. И чем меньше нанодвигатель, тем сильнее будет этот эффект. Однако этого можно избежать, если вывести наномоторы из воды на сушу.
Этого удалось добиться благодаря инновационной конструкции: тончайшего слоя материала с фазовым переходом на подложке. Тонкая пленка может подвергаться локальному и обратимому переходу из твердого состояния в квазижидкое под действием света. Это фазовое изменение уменьшает силу трения наномоторов и управляет их вращением.
Сфера применения нанодвигателей весьма широка: они могут быть полезны для измерения качества воздуха, точечной доставки лекарств в ткани и органы, а также служить источником питания для других мини- и микротранспортных средств.
Основная причина, по которой исследователи увлечены созданием молекулярных машин в том, что такие системы имитируют некоторые из наиболее важных биологических структур. Например, в природе такие естественные наномоторы управляют делением клеток и помогают им двигаться.
