150-летний мысленный эксперимент вдохновил группу ученых из Университета Саймона Фрейзера (SFU) в Канаде на создание удивительно быстрого двигателя, работающего на уникальном топливе - информации.
Двигатель превращает случайное покачивание крошечных частиц в накопленную энергию и может значительно повысить скорость и доступность компьютеров и био-нанотехнологий.
Что такое двигатель, работающий на информации?
Мы привыкли думать о двигателях как о механизмах, которые потребляют топливо и движут нашими автомобилями. Эта идея является потомком мысленного эксперимента выдающегося ученого Джеймса Клерка Максвелла 150 лет назад. Максвелл задался вопросом, что бы произошло, если бы вы могли видеть систему настолько маленькую и настолько точную, что вы могли бы видеть ее крошечные колебания, когда она двигалась из-за воздуха или молекул воды вокруг нее. Можем ли мы использовать это движение и обуздать его таким образом, чтобы мы могли преобразовывать информацию в энергию?
«Это та информация, которую мы используем», - объяснил профессор физики ЮФУ и старший автор профессор Джон Бечофер. «Мы хотели выяснить, насколько быстро может работать информационный двигатель и сколько энергии он может извлечь, поэтому мы его создали».
Погруженная в воду микроскопическая частица «бусинка» служит их информационным двигателем. Он связан с пружиной, прикрепленной к подвижной платформе. Поскольку частица слишком мала для прикрепления к пружине, исследователи использовали оптическую ловушку, которая использует лазер для создания силы на частице, имитирующей пружину и ступень, согласно пресс-релизу университета.
Тепловое движение заставляет частицу подпрыгивать вверх и вниз. В своем исследовании, когда исследователи видели отскок вверх, они в ответ перемещали сцену вверх и ждали, будет ли отскок вниз.
Они подняли частицу без необходимости напрямую тянуть за нее, повторяя это действие, таким образом сохраняя значительное количество гравитационной энергии. По словам доктора философии Тушар Саха, - «В результате вся система поднимается, используя только информацию о положении частицы».
Исследователи также обнаружили интересный компромисс между массой частицы и средним временем, которое требуется частице, чтобы отскочить вверх. «В то время как более тяжелые частицы могут накапливать больше гравитационной энергии, им, как правило, требуется больше времени, чтобы двигаться вверх», - сказал Джозеф Лусеро, магистр наук.
Исследователи смогли заставить систему генерировать достаточно энергии, которая «сравнима с молекулярными механизмами в живых клетках», со «скоростью, сравнимой с быстроплавающими бактериями», - сказал научный сотрудник Янник Эрих, а извлеченная мощность и скорость превзошли предыдущие.
От мысленного эксперимента, разработанного 150 лет назад, до реального наблюдения за ним на практике, интересно увидеть типы приложений, которые появятся в будущем на основе информационных двигателей, особенно в компьютерах и био-нанотехнологиях.
