Создан самый быстрый и эффективный двигатель, использующий информацию в качестве "топлива" - «Наука и технологии»

Исследователи из университета Саймона Фрезера (Simon Fraser University) спроектировали и создали опытный образец весьма странного типа двигателя, использующего информацию в качестве "топлива". Работа этого двигателя заключается в преобразовании в потенциальную энергию случайных колебаний микроскопической частицы, а дальнейшее развитие данной технологии может подстегнуть прогресс в некоторых других областях, включая бионанотехнологии и т.п.

Первый образец "информационного двигателя" является исследовательским образцом, при помощи которого ученые намерены выяснить, насколько быстро и эффективно можно преобразовывать информацию в работу. То, что им удастся выяснить, можно будет использовать позже при создании реальных "информационных двигателей", которые будут уникальными для каждой выполняемой ими задачи.

Отметим, что возможность создания "информационного двигателя" была теоретически обоснована еще 150 лет назад, но только сейчас уровень развития современных технологий позволил воплотить эту теорию в виде реального устройства.

"Систематически исследуя этот двигатель и подбирая самые оптимальные параметры его работы, мы подняли его возможности минимум в десять раз больше, чем возможности других подобных экспериментальных устройств, сделав его наилучшим по скорости и эффективности в своем классе" - пишут исследователи.

Информационный двигатель представляет собой микроскопическую частицу, погруженную в воду и прикрепленную к спиральной пружине. Второй конец этой пружины прикреплен к подвижному основанию. Частица, совершающая тепловые колебания вверх и вниз, заставляет пружину растягиваться и сокращаться.
"Когда мы видим, что частица поднимается вверх, мы, синхронно с этим, позволяем основанию, которое тянется вверх пружиной, также приподняться на небольшую величину" - описывают принцип работы информационного двигателя исследователи, - "Когда частица движется вниз, мы ожидаем, пока она снова не начнет двигаться вверх. И в результате этого получается, что вся система поднимается вверх только при помощи информации о положении и направлении движения частицы".

Эта процедура повторяется множество раз и частица поднимается на достаточно большую высоту, приобретая достаточно существенное количество сохраненной в ней потенциальной энергии. При этом, на частицу напрямую не оказывается никакого влияния извне.

Однако, информационный двигатель, который создали ученые в лаборатории, сделан несколько по-иному, но базовый принцип его работы полностью сохранен. Основой реального информационного двигателя является инструмент, известный под названием оптической ловушки, а свет, излучаемый дополнительным лазером, позволяет имитировать спиральную пружину и ее подвижное основание.

Проведя предварительный теоретический анализ, ученые нашли оптимальную точку компромисса между массой частицы и временем, требующимся на поднятие частицы на определенную величину. В то время, как более массивные частицы могут сохранить в себе большее количество потенциальной энергии, им требуется большее время для перемещения вверх. В случае с более легкими частицами дело обстоит совсем наоборот.

"Обладая результатами теоретических исследований, мы выбрали такую массу частицы, упругость пружины и другие параметры информационного двигателя, что наш двигатель начал существенно выигрывать у других подобных устройств по скорости и эффективности" - пишут исследователи, - "Сейчас наш двигатель обеспечивает мощность, сопоставимую с мощностью естественных молекулярных двигателей, и скорость, сопоставимую со скоростью, развиваемую быстро плавающими бактериями".