Hvordan sværme af nanomaskiner kunne forbedre effektiviteten af ​​enhver maskine

Alle maskiner omdanner én form for energi til en anden form - f.eks. en bilmotor omdanner den energi, der er lagret i brændstof, til kinetisk energi. Disse energiomdannelsesprocesser, beskrevet af termodynamik, finder ikke kun sted på makroniveau af store maskiner, men også på mikroniveau af molekylære maskiner, der driver muskler eller metaboliske processer og endda på atomniveau. Forskerholdet af prof. Massimiliano Esposito fra University of Luxembourg studerer termodynamikken af ​​små nanomaskiner, der kun består af nogle få atomer. I et blad udgivet i Fysisk gennemgang X , de skitserer, hvordan disse små maskiner opfører sig sammen. Deres indsigt kunne bruges til at forbedre energieffektiviteten af ​​alle slags maskiner, stor eller lille.

Nylige fremskridt inden for nanoteknologi har gjort det muligt for forskere at forstå verden på stadig mindre skalaer, og giver endda mulighed for design og fremstilling af ekstremt små kunstige maskiner. "Der er bevis for, at disse maskiner er langt mere effektive end store maskiner, såsom biler. Men i absolutte tal, outputtet er lavt sammenlignet med de behov, vi har i daglige applikationer, " forklarer Tim Herpich, Ph.D. studerende ved Espositos forskningsgruppe og hovedforfatter til papiret. "Det er derfor, vi undersøgte, hvordan nanomaskinerne interagerer med hinanden og så på, hvordan ensembler af de små maskiner opfører sig. Vi ville se, om der er synergier, når de handler sammen."

Forskerne fandt ud af, at nanomaskinerne, under visse betingelser, begynde at arrangere i "sværme" og synkronisere deres bevægelser. "Vi kunne vise, at synkroniseringen af ​​maskinerne udløser betydelige synergieffekter, således at ensemblets samlede energioutput er langt større end summen af ​​de individuelle output, " sagde prof. Esposito. Selvom dette er grundforskning, principperne skitseret i papiret kunne potentielt bruges til at forbedre effektiviteten af ​​enhver maskine i fremtiden, forklarer forskeren.

For at simulere og studere den energiske adfærd af sværme af nanomaskiner, forskerne skabte matematiske modeller, der er baseret på eksisterende litteratur og resultater af eksperimentel forskning.