Канадские ученые разработали поразительно быстрый двигатель, работающий на новом виде топлива — информации. Он преобразует хаотичное колебание микроскопических частиц в энергию. Подобная технология могла бы привести к существенному прогрессу в скорости и стоимости компьютеров и бионанотехнологий. А понимание принципов конверсии информации в «работу» может подтолкнуть создание реальных информационных двигателей.
Двигатели такого типа впервые были предложены еще 150 лет назад, но только недавно их научились создавать на практике. Эксперименты последних лет показали, что границу, проведенную вторым законом термодинамики, можно перейти, если двигатель сможет получать информацию из окружающей среды и превращать ее в работу. Эти «информационные двигатели» можно реализовать благодаря фундаментальной связи информации и термодинамики.
«Мы захотели понять, насколько быстро информационный двигатель может работать и сколько энергии получать, так что мы создали один такой», — сказали исследователи. Систематически изучая его и подбирая правильные характеристики, они смогли увеличить его производительность в десять раз, пишет Phys.org.
Информационный двигатель, разработанный в Университете Саймона Фрезера, состоит из микроскопической частицы, погруженной в воду и соединенной с пружиной, которая закреплена на подвижной платформе. Тепловое движение заставляет частицу перемещаться вверх и вниз. Когда ученые наблюдают скачок вверх, они двигают платформу вверх. При обратном движении — ждут. Таким образом, вся система использует только информацию о положении частицы.
Повторяя эту процедуру, двигатель поднял частицу на «большую высоту и, соответственно, сохранил значительный объем гравитационной энергии», не толкая частицу непосредственно. Он просто переносил частицу, получая работу из информации о случайных температурных колебаниях.
В процессе теоретического анализа системы ученые обнаружили любопытное соотношение между массой частицы и средним временем прыжка. Тогда как более тяжелые частицы могут накапливать больше гравитационной энергии, они обычно дольше поднимаются вверх. Использовав это открытие, они смогли оптимизировать свойства двигателя и достигнуть мощности, сравнимой с молекулярным аппаратом живых клеток, и скорости, сравнимой с быстро плавающими бактериями.
В прошлом году швейцарские ученые представили самый миниатюрный в мире мотор. Он состоит всего из 16 атомов и стабильно вращается в одном направлении. Главная его особенность в том, что он работает как раз на границе классической физики и квантового туннелирования.
