Atomok működtetik a mikroszkopikus méretű motort

Csak elektron-mikroszkóppal látható a kis motor © sxc.hu

Az elektronmikroszkóppal látható kis motor mindössze kétszáz nanométer hosszúságú, vagyis kevesebb mint század olyan vastag, mint egy emberi hajszál. Működés közben egy szénalapú nanocsőben atomokat áramoltat két olvadt fémcseppecske között. Az egyik csepp kisebb, mint a másik, azonban ha áram alá helyezik a rendszert, az atomok lassanként leválnak a nagyobbikról, s csatlakoznak a kisebbikhez. Ezáltal a kisebb csepp növekedésnek indul, azonban soha nem éri el nagyobb testvére méreteit. Mielőtt ez megtörténhetne, a két cseppecske egymáshoz ér, a nagyobb gömb visszaszippantja magába azokat az atomokat, amelyek korábban leváltak róla. Ez a gyors energiaváltozás egy apró erőlöketet produkál. [A motor működésének sematikus ábráját lásd itt.]

A technológia azt a fizikai tényt használja ki, hogy a felületi feszültség sokkal jobban érvényesül kisebb méretek esetén. Ez a magyarázata, hogy az olyan ízeltlábúak, mint például a molnárka, képesek a víz felszínén közlekedni.

A kis motort tudományos nyelven felületi feszültséggel vezérelt nano-elektromechanikus relaxációs oszcillátornak hívják. A prototípust Alex Zettl és kutatócsapata fejlesztette ki a University of California Berkeley laboratóriumában.

Bár a kis motor csupán 20 mikorwatt energiát szolgáltat, ez méreteihez képest igen tekintélyes. A kutatók szerint ez annyit jelent, hogy megfelelő méretre nagyítva körülbelül százmilliószor lenne erősebb mint egy 225 lóerős V6-os autómotor.

A Berkeley élen jár a mikroszkopikus méretű motorok kutatásában. 1988-ban Richard Muller villamosmérnök professzor és kollégái elkészítették az első működőképes mikromotort, amely mindössze 100 mikron szélességű volt, ez körülbelül egy emberi hajszál vastagságának felel meg. 2003-ban Zettl kutatócsoportja elkészítette az első nanoméretű motort, a tavalyi év során pedig egy nanométeres nagyságrendű szállítószalagot állítottak össze.

Mostani fejlesztésükről az Applied Physics Letters március 21-i számában jelentettek meg egy beszámolót.

A nanotechológiával foglalkozó mérnökök igyekeznek a természetben már bevált modelleket alapul venni, amikor atomról atomra haladva építik fel parányi gépeiket. A nanomotorok egyik felhasználási területe lehet az optikai áramkörökben a fény eltérítése, az úgynevezett optikai kapcsolás. A jövőben a nanoméretű gépeket orvosi célokra is szeretnék felhasználni, amelyek az emberi testben felkutatnák és megsemmisítenék a vírusokat és a betegségek miatt károsodott sejteket.

„Ez az oszcillátor ideális lehet mozgó alkalmazások számára is, mivel méretéhez képest igen erős” – nyilatkozta Zettl csoportjának egyik kutatója, Chris Regan a LiveScience-nek adott interjújában. „Például egy nanorobotban egy ilyen motor szolgáltathatná a sétáláshoz, úszáshoz, ugráshoz, vagy akár repüléshez szükséges energiát.”

Regan szerint azonban ennél is fontosabb, hogy az újonnan kifejlesztett motor akár két éven belül is felhasználásra kerülhet az úgynevezett Mikro-Elektromechanikus Rendszerekben (MEMS). A MEMS szerkezetek készítésekor szilikon-ostya darabjaiból hámoznak le vékony rétegeket. Egy-egy ilyen eszköz mérete a pollenszemcsékével egyezik meg, tehát nanométeres nagyságrendnél jóval nagyobb. Alkalmazási területük széleskörű, ilyen apró gyorsulásmérők aktiválják például az autók légzsákjait, az optikai MEMS-eket pedig a házimozi rendszerekben használják.