Разработка этого двигателя, который преобразует случайное колебание микроскопической частицы в накопленную энергию, описана в исследовании, опубликованном на этой неделе в Труды Национальной академии наук (PNAS) и может привести к значительному повышению скорости и стоимости компьютеров и био-нанотехнологий.

Профессор физики СФУ и старший автор Джон Бечхефер говорит, что понимание исследователями того, как быстро и эффективно преобразовывать информацию в "работу", может послужить основой для проектирования и создания информационных систем реального мира.

"Мы хотели выяснить, насколько быстро может работать информационный движок и сколько энергии он может извлекать, поэтому мы создали его", - говорит Беххефер, чья экспериментальная группа сотрудничала с теоретиками во главе с профессором физики СФУ Дэвидом Сиваком.

Двигатели этого типа были впервые предложены более 150 лет назад, но их реальное производство стало возможным лишь недавно.

"Систематически изучая этот движок и выбирая правильные системные характеристики, мы расширили его возможности более чем в десять раз по сравнению с другими подобными реализациями, что сделало его лучшим в своем классе на данный момент", - говорит Сивак.

Информационный движок, разработанный исследователями СФУ, состоит из микроскопической частицы, погруженной в воду и прикрепленной к пружине, которая сама по себе закреплена на подвижной ступени. Затем исследователи наблюдают, как частица подпрыгивает вверх и вниз из-за теплового движения.

"Когда мы видим отскок вверх, мы в ответ поднимаем сцену", - объясняет ведущий автор и аспирант Тушар Саха. "Когда мы видим отскок вниз, мы ждем. Это приводит к подъему всей системы, используя только информацию о положении частицы".

Повторяя эту процедуру, они поднимают частицу "на большую высоту и, таким образом, накапливают значительное количество гравитационной энергии", без необходимости непосредственно притягивать частицу.

Саха далее объясняет, что "в лаборатории мы реализуем этот двигатель с помощью прибора, известного как оптическая ловушка, который использует лазер для создания силы на частице, имитирующей силу пружины и ступени".

Джозеф Лусеро, магистрант естественных наук, добавляет: "В нашем теоретическом анализе мы находим интересный компромисс между массой частицы и средним временем, за которое частица отскакивает вверх. В то время как более тяжелые частицы могут накапливать больше гравитационной энергии, им обычно также требуется больше времени, чтобы подняться вверх ".

"Руководствуясь этим пониманием, мы выбрали массу частиц и другие свойства двигателя, чтобы максимально увеличить скорость извлечения энергии двигателем, превзойдя предыдущие разработки и достигнув мощности, сравнимой с молекулярными механизмами в живых клетках, и скорости, сравнимой с быстро плавающими бактериями", - говорит постдокторант Янник Эрих.