Миниатюрные кластеры частиц, в зависимости от своей формы, могут перемещаться вперед, вращаться вокруг оси или двигаться по кругу
Ученые, изучающие поведение платиновых частиц, погруженных в перекись водорода, возможно, обнаружили новый способ приведения в движение микроскопических машин.
Микромашины работают в условиях, сильно отличающихся от тех, в которых функционируют их макроразмерные аналоги. Высокий коэффициент отношения площади поверхности к массе крошечных двигателей означает, что для поддержания движения им требуется постоянная внешняя сила. В прошлом для приложения силы к двигателям исследователи полагались на асимметричные химические реакции на их поверхности. Например, двигатели Януса представляют собой сферические частицы, с каждой стороны покрытые различными материалами. Одна из сторон, как правило, изготавливается из катализатора, например, из платины. Этот катализатор ускоряет реакцию, разлагающую перекись водорода на воду и кислород. При погружении такого двигателя в перекись водорода со стороны платины пузырьки кислорода начинают формироваться быстрее, что толкает сферу вперед.
 |
| Этот рисунок демонстрирует возможное применение химических микродвигателей. Изображение: Daigo Yamamoto/Doshisha |
Однако ученые Университета Дошиша (Doshisha University), из японского города Киото, обнаружили, что для приведения микродвигателей в движение двухсторонние покрытия не являются необходимыми. Исследователи поместили в перекись водорода крошечные сферы, сделанные только из платины, и наблюдали за движением частиц через микроскоп. И хотя отдельные сферы перемещались случайным образом, ученые заметили, что скопления частиц начинали двигаться упорядоченным образом. Сгустки в форме капли перемещались вперед, образования, напоминающие ветряные мельницы начинали вращаться, а структуры в форме бумеранга двигались по круговой траектории. После создания теоретической модели движущих сил исследователи поняли, что могут объяснить упорядоченные движения асимметричным приложением сил, возникающим благодаря сложным формам.
Ученые собираются объединить двигатели нового типа с существующими двигателями, чтобы создать легко управляемые машины, способные к разным видам движения.
Микро- и наномашины однажды смогут доставлять лекарства по всему организму человека или помогать управлять химическими реакциями, но команда японских исследователей также видит более фундаментальные основания для изучения таких крошечных систем.
«Микродвигатели могут быть использованы не только в качестве источника движущих сил для микромашин и микрофабрик, но они также помогут нам понять загадочный феномен жизни», – сказал Дайго Ямамото (Daigo Yamamoto) исследователь из Лаборатории молекулярной химической инженерии университета Дошиша и автор статьи, описывающей новые микродвигатели.
