Приводы надувных баллонов обычно используются в макроскопических приложениях для подъема зданий, в качестве защиты от ударов в автомобилях или для расширения суженных или закупоренных артерий или вен. В микромасштабе они используются как микронасосы, а в природе пауки-прыгуны создают наполненные жидкостью подушки из микроформата, чтобы приводить их ноги в движение во взрывных прыжках.
Интересно, что в наномасштабе актуаторы баллонов практически неизвестны. Однако несколько лет назад исследователи из Пенсильванского государственного университета теоретически предложили привод с управляемым зарядом наноразмерного шара, основанный на схлопывании и повторном сжатии углеродной нанотрубки.Теперь это было экспериментально реализовано Хамидом Резой Барзегаром и его коллегами.
В исследовании, опубликованном в журнале Nano Letters, они показывают, как можно управлять углеродной нанотрубкой, которую можно визуализировать как цилиндрическую трубку из атомов углерода, для перехода из свернутого в надутое состояние и наоборот, прикладывая небольшое напряжение. Бездефектный характер углеродных нанотрубок означает, что такой актуатор сможет работать без износа и усталости.
Это также продемонстрировали исследователи, которые запускали привод в течение нескольких циклов без каких-либо признаков потери производительности.«Работа концептуально интересна и дает понимание сложности того, как управлять движением на наномасштабе с помощью внешних стимулов», — говорит Хамид Реза Барзегар, доктор физики в Университете Умео, сейчас работающий в Калифорнийском университете в Беркли в исследовательской группе профессора Алекса Зеттла. «Это также дает представление о фундаментальной физике, например о том, как эффект емкости и электростатические силы в целом можно использовать для управления динамикой молекулярных структур».«В более долгосрочной перспективе можно также представить, как наши открытия могут быть использованы для пневматического контроля на молекулярном уровне или для разработки молекулярных контейнеров, которые могут открываться или закрываться, контролируя поверхностные заряды молекул, например, регулируя pH раствора в молекулы рассредоточены. Это могло бы, например, использоваться для медицинских приложений, таких как доставка лекарств к внутренним органам или опухолям », — говорит Томас Вагберг, доцент физики Университета Умео.
За открытие молекулярных машин в этом году была присуждена Нобелевская премия по химии. Жан-Пьер Соваж, Фрейзер Стоддарт и Бернар Феринга получили приз за разработку молекул с управляемыми движениями, которые могут выполнять задачу при добавлении энергии.