Рубрика: Новини

Сводная группа учёных из Института Пола Шеррера (PSI) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработала микромашины, которые могут быть запрограммированы на сложные действия. Сфера использования таких машин огромная: от медицинской, когда микророботы будут выполнять операции в теле человека, до использования в промышленности, микроэлектронике и даже в качестве метаматериалов. Например, поверхность объекта сможет по команде менять свои свойства в широких пределах от скользкого до шероховатого и от водоотталкивающего до смачиваемого.

Идея изобретения заключается в том (и она не нова), что в различные участки микромашины встраиваются перепрограммируемые наномагниты. Дальнейшее управление машиной обеспечивают управляемые магнитные поля. Более того, намагниченность наномагнитов (направление магнитного поля) тоже поддаётся перепрограммированию, что открывает путь к массе операций, которые становятся доступны микромашинам.

Созданный учёными опытный экземпляр микромашины напоминает птицу в исполнении оригами, японского искусства складывать фигурки из бумаги. У «птицы» есть подвижные крылья, хвост, шея и голова, в каждую часть которой встроены наномагниты с определённой ориентацией магнитного поля. В магнитных полях под микроскопом микромашина парит, делает виражи, машет крыльями и поворачивает голову без видимых усилий.

Учёные с моделью оригами (Paul Scherrer Institute / Mahir Dzambegovic)

Тело и конечности птицы выполнены из фольги из нитрида кремния, а магниты ― из кобальта. Перепрограммирование наномагнитов занимает наносекунды, а движения, например, взмах крыльями, занимает миллисекунды. Тем самым все операции такой микромашины проходят в реальном времени без видимых глазу задержек и, фактически, они могут проходить со скоростью, которая недоступна для наблюдения невооружённым глазом. Таких роботов, представляют разработчики, можно будет запустить в кровеносные сосуды больного онкологией человека, чтобы микромашины начали самостоятельную охоту за раковыми клетками.

Ученые из университетов Альберты и Торонто, Канада, совместными усилиями разработали проект новой квантовой батареи, которая отличается от всего остального подобного тем, что у нее абсолютно нет собственной утечки, другими словами, она не совершенно теряет заряд, который способен храниться в ней бесконечно долго. Проведенные учеными исследованию включают демонстрацию возможности создания квантовой батареи без собственной утечки, что было предсказано в теории некоторое время назад.

«Квантовая батарея — это крошечное наноразмерное устройство, способное снабжать энергией нанороботов и другие механизмы с приставкой нано-» — рассказывает Габриэль Ханна (Gabriel Hanna), научный руководитель проекта, — «Литий-ионные батареи, используемые сейчас в каждом мобильном электронном устройстве, основаны на использовании классических электрохимических процессов. Принципы работы квантовых батарей основаны исключительно на причудливых и таинственных законах квантовой механики».

В своей работе ученые рассмотрели модель квантовой сети, имеющей симметричную структуру, которая выступает платформой для сохранения энергии экситонов, квазичастиц, возникающих при поглощении электроном достаточно высокоэнергетического фотона света. Используя эту модель, ученые показали возможность хранения этой энергии без потерь, невзирая на то, что хранилище является полностью открытым для окружающей среды.

«Ключевым моментом во всем этом является то, что мы называем термином «темное состояние»» — объясняет Габриэль Хана, — «Находясь в этом состоянии, квантовая система не может обмениваться энергией с окружающей средой, она становится полностью неуязвимой для любого внешнего влияния. Это означает, что квантовая батарея не имеет потерь и весьма надежна, т.е. способна хранить энергию сколь угодно долго».

Используя те же самые модели, ученые нашли способ извлечения хранимой в квантовой батарее энергии в случае такой необходимости, этот способ заключается в контролируемом нарушении симметрии квантовой сети, что позволяет высвободить ровно столько энергии, сколько требуется в данный момент времени. А дальнейшие усилия канадских ученых будут направлены на поиски работоспособных методов заряда и разрядки квантовых батарей, увеличения их емкости до значений, когда уже можно будет задумываться об их практическом применении.

Если ученым удастся реализовать все перечисленное чуть выше, то квантовые батареи могут быть использованы в широком ряде квантовых технологий, в том числе и для снабжения энергией портативных мобильных квантовых компьютеров, когда они появятся на белом свете. И самым интересным является то, что такие квантовые батареи уже могут быть изготовлены при помощи современных технологий, используемых в нанотехнологиях и при производстве полупроводниковых электронных устройств.