Микростирлинг: Сплошная нестабильность
Хотя пока что новинка, о которой сообщили немецкие ученые из группы профессора Клеменса Бехингера (Clemens Bechinger), не имеет никакой практической ценности, в будущем она обещает огромные перспективы в создании микромеханических устройств. Правда, пока что в работе этого двигателя возникают серьезные неполадки, связанные с тем, что на этом уровне превалируют другие законы, законы микромира.
Речь идет о воссоздании теплового двигателя Стирлинга — правда, по очень необычной схеме. В своей классической форме такой двигатель представляет собой заполненный газом цилиндр, по которому поршень движется, подчиняясь расширению или сжатию нагревающегося и охлаждающегося рабочего тела — например, воздуха. В микромире просто скопировать это устройство, соответственным образом уменьшив все составные детали, не получится.
В созданном немецкими учеными двигателе роль рабочего тела играет отдельный фрагмент пластика размерами не более 3 мкм, плавающий в воде. Вместо подвижного поршня здесь — сфокусированный лазерный луч, амплитуда излучения которого периодически меняется. Давление, которое это излучение оказывает на размещенный в фокусе кусочек пластика, соответственно, также меняется, то более снижая степень свободы движения пластика, то повышая ее — в принципе, так же, как поршень делает это со сжимаемым и расширяющимся газом.
В момент «расширения» вода, в которой находится частица пластика, подогревается вторым лазерным лучом, а в момент «сжатия» луч не включается, и она остывает. Таким образом, движения происходят при разных температурах и взаимно не компенсируют друг друга. Кусочек пластика, фактически, плывет в воде, подгоняемый лазерами: тепловая энергия превращается в работу.
К сожалению, неизбежное влияние микромира делает работу этого двигателя крайне нестабильной. Интенсивный обмен энергией между крохотным «рабочем телом» и молекулами воды нарушает нормальный цикл и приводит к тому, что двигатель попросту «глохнет». Для обычных двигателей, работающих с энергиями на 20 порядков большими, такие взаимодействия совершенно незаметны. Но эту малютку они, увы, делают совершенно непригодной ни для какого практического использования.
По пресс-релизу Max-Planck-Gesellschaft