Najmanji frižider, robot i motor

Američki Nacionalni institut za standarde i tehnologiju, tvorac ovog noviteta dimenzija 25 × 15 mikrona je napravio 'sendvič' od normalnog metala, jednog izolatora i jednog superprovodljivog metala. Kada se struja propusti kroz sendvič, najvreliji elektroni sa običnog metala tuneliraju kroz izolator ka superprovodniku. Tada temperatura u normalnom metalu dramatično opada, te crpi dodatnu toplotnu energiju iz predmeta koji zapravo treba ohladiti.

Istraživači su koristili četiri para navedenih sendviča u želji da ohlade sadržaj silicijum–nitratne membrane čije su dimenzije bile 450 × 450 mikrona i debljine 0,4 mikrona. Kockica germanijuma stranica 250 mikrona, oko 11.000 puta veća od ukupne zapremine prikopčanih frižidera, bila je zalepljena na vrh membrane. To je isto kao kad bi od običnog kućnog frižidera očekivali da ohladi Statuu slobode. Oba predmeta su uspešno ohlađena na – 272° C.

Frižideri su proizvedeni korišćenjem standardne litografske metode za dobijanje čipova, što ih čini pogodnim za ugrađivanje u druge uređaje mikro dimenzija. Ovi tanki frižideri su mnogo manji i jeftiniji od konvencionalnih uređaja slične namene. Moći će da se koriste za hlađenje kriogenih senzora instrumenata vrhunske osetljivosti za potrebe poluprovodničkih analiza i pri astronomskim istraživanjima.

Rezultati su obelodanjeni 25. aprila 2005. godine u časopisu "Applied Physics Letters".

Najmanji robot na svetu

Naučnicima je pošlo za rukom da proizvedu crvolikog robota toliko malog da je potreban mikroskop da bi ga uopšte mogli videti. Šta više, njih dvadeset hiljada je moguće poređati u kolonu na jedan dinar!

Ovaj sićušni robot je širok oko 60 mikrona (kao ljudska vlas) i dug 250 mikrona, i predstavlja najmanji mikrorobot sa bežičnom kontrolom ikada napravljen u svetu.

"On je nekoliko desetaka puta kraći i hiljadama puta lakši od bilo kojeg prethodno stvorenog upravljivog' mikrorobota," kaže konstruktor sa Dartmouth Univerziteta, Bruce Donald.

"Kada kažemo 'upravljivog', mislimo na isti način kao i auto, dakle na mogućnost da upravljamo njegovim kretanjem u svim pravcima po ravnoj površini, i to u smeru koji mi odaberemo. On se ne kreće na točkovima, već gmiže kao neki silicijumski crvić, praveći desetine hiljada 10–nanometarskih koračića svake sekunde. Skreće na taj način što izbaci jednu silicijumsku 'nogu' i okrene se oko nje poput motocikliste koji pravi oštar zaokret izbacivanjem noge."

Zbog mogućnosti kretanja na inovativan način (uvijanjem) i obzirom na to  da je wireless, ovaj robot može slobodno da se kreće bez žica ili šina, koje su ograničavale radijus predhodnim generacijama mikrorobota. Strategija gusenice je pomogla istraživačima da izbegnu neke od osnovnih problema mikrorobotičara.

"Mašinice ove veličine imaju nezgodnu osobinu da se lepe za sve za šta se dotaknu, kao što se pesak lepi za stopala na plaži, " objašnjava inženjer Craig McGray sa Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju. "Zato smo napravili mikrorobote bez ikakvih točkova ili pokretnih zglobova koji bi mogli da prave smetnje. Umesto toga, ovi roboti se kreću savijanjem tela poput gusenica. U odnosu na svoje dimenzije, ove naprave se kreću zapanjujuće brzo."

Za pokretanje, roboti koriste dva nezavisna akumulatora – robotove "mišiće". Jedan je za kretanje napred, dok je drugi za skretanje.

Pošto nije u mogućnosti da koristi neki unapred smišljen program za svoje kretanje, ravna se prema električnim signalima koje dobija putem mreže elektroda po kojima se kreće. Ta mreža takođe snabdeva robotića i energijom potrebnom za njegovu šetnju.

Ovi i slični mikroroboti će uskoro moći da npr. pribavljaju informacije o raznim vidovima bezbednosti, da ispituju i popravljaju integralna kola, istražuju opasne sredine, pa čak i da upravljaju određenim ljudskim ćelijama ili tkivom.

Najmanji motor na svetu

Jedna od siæušnih mikromašina – Deo jedinice za mnogostruku redukciju brzine, dakle, što bi mi rekli,

Nedavno su naučnici napravili najmanji motor na svetu. Stotine njih je moguće smestiti u prostor veličine tačke na kraju ove rečenice.

Pogon motora se postiže kretanjem atoma između dve kapljice rastopljenog metala u ugljeničnoj nanocevi. Jedna kapljica je uvek manja od druge. Kada se kroz njih propusti slaba struja, atomi polako odlaze sa veće kapljice i prebacuju se na onu manju. Usled toga ona raste – ali nikada ne postaje velika kao ona druga – da bi se na kraju odbila od one veće. Kada se dodirnu, veća kapljica brzo upije upije one atome koje je predhodno otpustila. Ta brza energetska promena stvara snažan zamah.

Tehnika se zasniva na činjenici da površinski napon – tendencija atoma odnosno molekula da se odupru razdvajanju – postaje veoma izražan kada su u pitanju male razmere. To je isti onaj površinski napon koji na primer omogućava nekim insektima da hodaju po vodi.

Motor, zapravo nanoelektromehanički naponski oscilator pokretan površinskim naponom, napravio je tim naučnika predvođen Alexom Zettlom, sa Univeziteta Kalifornija, na Berkliju.

Iako je energija proizvedena na takav način jako mala – svega 20 mikrovati – ipak je prilično impresivna ako se uzme u obzir veličina motora. Čitav uređaj je manji od 200 nanometara (nano – 10^–9), ili stotinama puta manji od prečnika ljudske kose. Ako bi se upoređivao sa relativnom snagom automobilskog motora, ispada da je oko 100 miliona puta jači od šestocilindričnog motora najnovijeg ovogodišnjeg "Porshea" zapremine 3,5 litara!

Lanac za pokretanje stroja i njegov spoj, u uporeðenju sa èesticom polena (gore desno) i koagulisanim crvenim krvnim zrncima (gore levo i dole desno).

Na Berkliju je 1988. godine profesor elektrotehnike Richard Muller sa kolegama napravio prvi funkcionalni nanomotor, koji je bio veliki oko 100 mikrona (mikro – 10^–6), što je jednako debljini kose. Tek 2003. godine Zettlova grupa je napravila prvi motor nano razmera. Prošle godine su napravili nanotransporter, koji je u stanju da pomera sitne čestice poput kola u fabrici.

Najnoviji pronalazak je objavljen 21. marta prošle godine u časopisu "Applied Physics Letters".

Nanotehnološki inženjeri pokučavaju da imitiraju prirodu, te stvaraju uređaje atom po atom. Između ostalog, nanomotori mogu da se koriste u optičkoj elektronici za preusmeravanje svetlosti, u procesu koji se naziva optički prekidač. Futuristi smatraju da će uskoro doći dan kada će se nanomašine, pokretane nanomotorima, kretati našim telima u potrazi za obolelim ćelijama i uspešno ih "popravljati".

"Oscilatori su idealni za pokretanje naprava, obzirom na to da razvijaju veliku snagu u odnosu na veličinu," kaže Chris Regan, glavni istraživač Zettlove grupe, za "LiveScience". "Kod nanobota, na primer, ovi motori će moći da se koriste za gmizanje, kretanje, plivanje, skakutanje ili čak letenje."

Pre toga, u toku sledećih par godina, novi motori će se koristiti u tehnologiji Mikro–Elektro–Mehaničkih Sistema (MEMS), izjavljuje Regan.

MEMS su sićušne komponente napravljene graviranjem delova na silikonskim pogačama ili prostim dodavanjem tankih slojeva. Mada su manji od zrna polena, MEMS su preveliki za nanosvet. Koriste se u takvim stvarima kao što su mikroakcelerometri, uređaji koji pokreću automatske vazdušne jastuke ("airbags"). Optički MEMS se koriste u mnogim sistemima kućnih bioskopa.

Regan ipak podseća da će prebacivanje na NEMS, nano–ekvivalent MEMS, "malo potrajati".