Этот генератор достаточно мал для того, чтобы снабжать электричеством будущих медицинских роботов, работающих внутри человеческого тела. Он создает постоянный ток, используя естественные источники энергии — звуковые волны, механическую вибрацию, течение жидкостей.

Прототип наногенератора постоянного тока, построенного из нанонитей оксида цинка (II) с зубчатым электродом
Схема работы наногенератора: механизм приводится в действие внешним ультразвуковым воздействием или механической вибрацией, и производит постоянный ток
Руководитель группы разработчиков — Жон Лин Ванг

Группой американских разработчиков во главе с Жон Лин Вангом (Zhong Lin Wang) продемонстрировали прототип «наноразмерного» генератора постоянного тока. Устройство предлагает принципиально новый подход к животрепещущей проблеме обеспечения энергией наноустройств. Действительно, потребляют они чрезвычайно мало, но аккумуляторы (или генераторы) для них должны быть соответствующих размеров. Пока что традиционные источники энергии чересчур массивны не позволяют использовать массу возможностей, которые дают нанотехнологии. Вдобавок, многие из них содержат токсичные вещества и не могут использоваться в составе медицинских имплантов.

Год назад группа Ванга уже обнародовала концепцию, однако теперь им удалось создать действующую модель. Основу разработки составляет массив вертикальных нанонитей оксида цинка (ZnO), которые изгибаются под внешним воздействием — ультразвуковыми колебаниями, механической вибрацией или течением жидкости. Обладая свойствами пьезоэлектрического полупроводника, нанонити ZnO создают при этом небольшой — порядка 0,5 наноампер — заряд, который передают на расположенный над ними горизонтальный зигзагообразный электрод.

Массив нанонитей, расположенных примерно в 0,5 мкм друг от друга, выращивается на подложке из жесткого арсенида галлия, сапфира, либо из гибкого полимера. Кремниевый электрод располагается над ними так, чтобы оставить нитям достаточную свободу изгибаться между зубцами из платины.

Разработчики считают, что после некоторых усовершенствований их генератор сможет производить до 4 Вт/см3 энергии, что будет более чем достаточно для питания большинства перспективных наноустройств — и военных, и исследовательских, и медицинских. Для этого им предстоит оптимизировать процесс выращивания нанонитей, которые пока что не удается вырастить строго нужной (1 мкм) длины: в итоге слишком короткие нити не могут передать заряд на электрод, а слишком длинным не хватает пространства для изгибания. Необходимо добиться и большей упорядоченности в расположении нанонитей, и продлить срок службы генератора, который пока что «садится» после часа работы.

Читайте также о создании простейшего робота, обнаруживающего вирусы: «ДНК-наноробот», и о других перспективных медицинских нанороботах: «Оседлать бактерию».

По публикации Georgia Institute of Technology