Технологии Уменьшение двигателя до размера крошечного устройства, способного приводить в действие микромашины, это уже не просто полет фантазии. Самый маленький паровой двигатель в мире представляет собой небольшой пластиковый шарик с лазерами и повторяет основную идею изобретателя Роберта Стирлинга (Robert Stirling), выдвинутую почти 200 лет тому назад.
Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объеме. Однако в миниатюрной версии физики вместо поршня используют регулируемый лазерный луч оптической ловушки. Он ограничивает передвижение шарика в большей или меньшей степени. Другой лазер, сыгравший роль внешнего нагревателя, мог быстро включаться или выключаться для нагрева или охлаждения воды.
«Мы разработали самый маленький паровой двигатель в мире, а если быть более точным — наименьший двигатель Стирлинга, и обнаружили, что машина действительно работает», — говорит Клеменс Бехингер (Clemeты Bechinger), физик из университета Штутгарта и член научного сообщества института интеллектуальных систем Макса Планка в Германии.
Достижение удивило даже исследователей. Потому, как из-за крошечного размера двигателя всего в три микрона (1 микрон — 0,001 доля миллиметра) молекулы воды хаотично подталкивали частицу в разные стороны. Обмен энергией пластикового шарика с окружающей средой совпадал с энергией, получаемой от луча. Столкновения приводили к резким колебаниям, и энергия то усиливалась, то сокращалась.
«Это фактически означает, что количество полученной энергии сильно отличается от цикла к циклу, и может даже застопорить машину», — отмечает Валентин Бликл (Valentin Blickle), исследователь из университете Штутгарта.
Тем не менее, ученые остались впечатлены тем, насколько хорошо в среднем крошечный двигатель преобразует энергию из цикла в цикл. Двигатель даже показал энергоэффективность, сопоставимую с эффективностью полноразмерных сородичей при полной нагрузке.
Физики отмечают, что несмотря на то, что пока двигатель никакой полезной работы не выполняет, термодинамического препятствия для того, чтобы он заработал в небольших размерах в принципе не существует.