Verdens hurtigste informationsdrevne motor designet af universitetsforskere

Simon Fraser University-forskere har designet en bemærkelsesværdig hurtig motor, der udnytter en ny slags brændstof - information.

Udviklingen af ​​denne motor, som konverterer tilfældig jiggling af en mikroskopisk partikel til lagret energi, er skitseret i forskning offentliggjort i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) og kan føre til betydelige fremskridt i hastigheden og omkostningerne ved computere og bio-nanoteknologier.

SFU fysikprofessor og seniorforfatter John Bechhoefer siger, at forskeres forståelse af, hvordan man hurtigt og effektivt konverterer information til "arbejde", kan være med til at danne grundlag for design og skabelse af informationsmotorer i den virkelige verden.

"Vi ville finde ud af, hvor hurtigt en informationsmotor kan køre, og hvor meget energi den kan udvinde, så vi lavede en, " siger Bechhoefer, hvis eksperimentelle gruppe samarbejdede med teoretikere ledet af SFU fysikprofessor David Sivak.

Motorer af denne type blev først foreslået for over 150 år siden, men det er først for nylig blevet muligt at lave dem.

"Ved systematisk at studere denne motor, og vælger de rigtige systemkarakteristika, vi har skubbet dens muligheder over ti gange længere end andre lignende implementeringer, hvilket gør den til den nuværende bedste i klassen, " siger Sivak.

Informationsmotoren designet af SFU -forskere består af en mikroskopisk partikel nedsænket i vand og fastgjort til en kilde, som, sig selv, er fastgjort til et bevægeligt trin. Forskere observerer derefter partiklen hoppe op og ned på grund af termisk bevægelse.

"Når vi ser et opadgående spring, vi rykker scenen op som svar, " forklarer hovedforfatter og ph.d.-studerende Tushar Saha. "Når vi ser et nedadgående spring, vi venter. Dette ender med at løfte hele systemet ved kun at bruge information om partikelens position. "

Gentag denne procedure, de hæver partiklen "en stor højde, og dermed lagre en betydelig mængde gravitationsenergi, " uden at skulle trække direkte i partiklen.

Saha forklarer yderligere, at "i laboratoriet, vi implementerer denne motor med et instrument kendt som en optisk fælde, som bruger en laser til at skabe en kraft på partiklen, der efterligner fjederens og scenens kraft."

Joseph Lucero, en kandidatstuderende, tilføjer, "I vores teoretiske analyse, finder vi en interessant afvejning mellem partikelmassen og den gennemsnitlige tid for partiklen at hoppe op. Mens tungere partikler kan lagre mere gravitationsenergi, de tager generelt også længere tid om at rykke op."

"Styret af denne indsigt, vi valgte partikelmassen og andre motoregenskaber for at maksimere, hvor hurtigt motoren udvinder energi, udkonkurrerende tidligere designs og opnår kraft, der kan sammenlignes med molekylært maskineri i levende celler, og hastigheder, der kan sammenlignes med hurtigt svømmende bakterier, " siger postdoc Jannik Ehrich.