Η μίνι μηχανή

Η είδηση έσκασε σαν βόμβα πριν από λίγες ημέρες στο έγκυρο τεχνολογικό περιοδικό Science και αφορά τη δημιουργία (και λειτουργία) της πρώτης μικροσκοπικής μηχανής που λειτουργεί με μόλις ένα άτομο ασβεστίου-40!

Πρόκειται για τη μικρότερη μηχανή που έχει ποτέ κατασκευαστεί στον πλανήτη, ο «κινητήρας» της οποίας είναι λίγο μεγαλύτερος από το άτομο που… φιλοξενεί.

Αποτελεί δημιούργημα μιας ομάδας ερευνητών φυσικών του πανεπιστημίου της γερμανικής πόλης Μάινζ και οι κατασκευαστές της υποστηρίζουν ότι είναι εξίσου αποδοτική με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης του αυτοκινήτου σας, καθώς βασιζόμενη σε συνεχείς αλλαγές της θερμοκρασίας μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανική.

Αν και στο παρελθόν οι επιστήμονες είχαν κατασκευάσει αρκετές μικροσκοπικές μηχανές που απαρτίζονταν από τουλάχιστον 10.000 μέρη, η πρωτοπόρος κατασκευή του επικεφαλής της πανεπιστημιακής ομάδας, Γιοχάνες Ροσνάγκελ, παράγει την ενέργειά της χάρη σε μόνο ένα άτομο ασβεστίου-40, το οποίο βρίσκεται κλεισμένο σε έναν «θύλακα» νανοκλίμακας και «βομβαρδίζεται» με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Οπως εξήγησε μιλώντας για την εφεύρεση στο περιοδικό ο Ροσνάγκελ, η μίνι μηχανή «λειτουργεί βάσει των νόμων της Φυσικής που διέπουν τη λειτουργία μιας μηχανής εσωτερικής καύσης, όπως αυτές των οχημάτων».

Αναλύοντας την επαναστατική λειτουργία της μίνι μηχανής, ο Γερμανός ερευνητής ανέφερε, μεταξύ άλλων, ότι αρχικά η ομάδα του «εγκλώβισε» στον μικροσκοπικό «θύλακα» ένα άτομο ασβεστίου, από τον οποίο δεν μπορούσε να… δραπετεύσει. Στη συνέχεια οι συνάδελφοί του τοποθέτησαν δύο μηχανήματα εκπομπής ακτίνων λέιζερ στις δυο αντίθετες πλευρές του θύλακα, οι οποίες μόλις εξέπεμπαν τις δέσμες τους προκαλούσαν υπερθέρμανση στο άτομο και όταν σταματούσαν την εκπομπή το άτομο ψυχόταν.

Ακριβώς αυτή η μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας προκαλούσε διαστολή και συστολή του ατόμου ασβεστίου αλλάζοντας το μέγεθός του και αναγκάζοντάς το να ταλαντώνεται διαρκώς πάνω-κάτω μέσα στον μικροσκοπικό κλωβό, ακριβώς όπως κινούνται τα πιστόνια σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης!

Ο Ροσνάγκελ, ο οποίος ξεκίνησε τα σχετικά πειράματα το 2014, διαπίστωσε ότι η μικροσκοπική εφεύρεσή του παρήγε ενέργεια ισοδύναμη με 1,5 KW ανά κιλό, περίπου δηλαδή την ισχύ ενός μεσαίου κυβισμού αυτοκινήτου.

Το ερώτημα που έθεσαν στη συνέχεια οι συντάκτες του περιοδικού ήταν κατά πόσο η μικροσκοπική μηχανή μπορεί να γίνει ακόμη μικρότερη.

«Θεωρητικά, ναι, είναι εφικτό» απάντησε ο Ροσνάγκελ, διευκρινίζοντας ωστόσο ότι «προϋπόθεση γι’ αυτό θα ήταν αντί του ατόμου να τοποθετήσουμε στον κλωβό ένα ηλεκτρόνιο, αν και από επιστημονικής πλευράς είναι ουσιαστικά το ίδιο πράγμα, αφού τόσο τα ηλεκτρόνια όσο και τα άτομα θεωρούνται αμφότερα μεμονωμένα σωματίδια τα οποία, βάσει των νόμων της Φυσικής, “συμπεριφέρονται” με τον ίδιο τρόπο».

Σχετικά πάντως με το κατά πόσο ένας τετράχρονος κινητήρας εσωτερικής καύσης, τέτοιου μικροσκοπικού μεγέθους, θα μπορούσε να αποτελέσει το μέλλον της αυτοκίνησης, ο Γερμανός φυσικός ήταν κατηγορηματικός: «Προς το παρόν αυτό είναι αδύνατο, επειδή, μπορεί μεν ο κινητήρας να είναι πολύ μικρός, τα μηχανολογικά εξαρτήματα που απαιτούνται ωστόσο για τη λειτουργία του, δηλαδή τα λέιζερ και τα λοιπά μηχανικά μέρη, καταλαμβάνουν μεγάλο χώρο».

«Δεν βλέπω προς το παρόν μια άμεση εφαρμογή στη βιομηχανία της συσκευής που δημιουργήσαμε» τόνισε ο Ροσνάγκελ. «Ομως η έρευνά μας κατέληξε σε ένα πολύ σημαντικό αποτέλεσμα: αυτό της πλήρους κατανόησης των θερμοδυναμικών νόμων που διέπει τα μεμονωμένα σωματίδια. Κι είμαι πεπεισμένος -κατέληξε- ότι το αποτέλεσμα που πετύχαμε θα οδηγήσει στην επόμενη σειρά πειραμάτων και τη λειτουργία των νέων μηχανών σε μια σειρά συσκευών. Οπως για παράδειγμα σε κινητήρες οικιακών ψυγείων, οι οποίοι θα λειτουργούν με μηχανές του ενός ατόμου ή του ενός ηλεκτρονίου»!