 Модельная микроскопическая система для демонстрации передачи крутящего момента в присутствии тепловых флуктуаций, необходимых для создания крошечный «сцеплений», работающих на наноуровне, была собран в университете Бристоля в рамках международного сотрудничества.
При движении автомобиля, сцепление механически переносит крутящий момент, создаваемый двигателем на шасси автомобиля. Данная связь уже давно была проверена и оптимизирована в таких макроскопических машинах, давая нам высокоэффективные двигатели. Для микроскопических машин, однако, развитие сцепления, которой действовал бы на наноуровне, является гораздо более сложной задачей, потому что на микроскопических масштабах должна быть рассмотрена совершенно иная физика. Тепловые флуктуации играют все более доминирующую роль по мере миниатюризации устройства, что приводит к увеличению рассеиваемой энергии и необходимости разработки новых принципов проектирования.
В модельной микроскопической системе разработанной учеными из Бристоля, Дюссельдорфа, Майнца, Принстона и Санта-Барбары, кольца коллоидных частиц были локализованы в оптических пинцетах и автоматически переведены на круговую траекторию, передавая вращательное движения в сборку одинаковых коллоидов, приуроченных к внутренней области.
Устройство выглядит как «стиральная машина», но с крошечными размерами. Через оптическую манипуляцию, кольцо частиц может быть сжато по желанию, изменяя связь между частями сборки и обеспечивая режим работы сцепления.
Коллоидные суспензии попадают в категорию материалов, известных как «мягкая материя», и мягкость вращающего устройства приводит к новым явлениям передачи, не наблюдаемых в макроскопических машинах. Использование мягкости наноматериалов дает исследователям дополнительные беспрецедентные механизмы управления, которые могут быть использованы при проектировании микроскопических машин.
В дополнение к экспериментам, проведенным в Университете Бристоля, физики из университета Дюссельдорфа разработали модель компьютерного моделирования для дальнейшего расследования момента сцепления на наноуровне. Это позволит им измерить эффективность наномашин, которая является малой, но при этом может быть оптимизирована путем тщательного контроля параметров системы.
Исследователи выявили три различных режима передачи: твердый, который передает крутящий момент подобно макроскопической передаче; жидкий, в котором большая часть потребляемой энергии теряется на трении и скольжении, и промежуточный сценарий, уникальный для мягких материалов, которые сочетают в себе аспекты твердого и жидкого поведения.
|
