Самый маленький и быстрый наномотор: 1 мкм, 18 000 RPM



    Специалисты из Техасского университета в Остине собрали самый маленький и быстрый в мире искусственный мотор. По заявлениям разработчиков, мотор размером 1 микрометр вращался 15 часов, разгоняясь до 18 000 RPM (300 оборотов в секунду). Общее количество оборотов превысило 240 000. Это значительное достижение, потому что предыдущие модели таких моторов вращались не более чем на 5000 RPM всего несколько минут.

    Наномоторы изготовлены из трёх базовых компонентов: крошечная проволока Au/Ni/Au работает как ротор, располагаясь на магните Au/M/Cr с квадрупольной системой из четырёх микроэлектродов, соединёнными попарно. Они играют роль статора. В составе магнита M — это магнитный материал, например, никель и кобальт. Верхний слой золота используется для регулировки расстояния между магнитом и нанопроволокой, чтобы изменять магнитное притяжение на роторе.

    Трёхслойный магнит — ключевой компонент системы. Магнитное притяжение регулируется настолько точно, что магнит способен притянуть проволоку к основанию, но не настолько сильно, чтобы помешать её вращению.

    Инженерам удалось решить две ключевые проблемы: автоматическую сборку наномоторов и управление их движением. Сборку производили с помощью новой техники «электрического пинцета», которая позволяет помещать наночастицы в субстрате по произвольным траекториям с точностью 150 нм, контролируя их угол и скорость в пульсирующем токе (см. иллюстрацию c).



    Эксперимент показал, что можно дистанционно изменять угол наклона наномоторов и управлять скоростью вращения роторов. В том числе одновременно управляя группой моторов. Скорость вращения напрямую зависит от квадрата напряжённости электрического поля.

    Разработка эффективных наномоторов — важнейший этап на пути к созданию наноэлектромеханических систем (NEMS), которые в будущем будут выполнять медицинские операции. Например, осуществлять инъекции медицинских препаратов внутри человеческого тела или даже искать и удалять больные клетки из организма, как это показано на иллюстрации Техасского университета в Остине.



    Учёные подчёркивают, что максимальную скорость вращения проверяли чисто ради эксперимента, чтобы оценить надёжность конструкции. На практике настолько быстро вращающиеся металлические детали внутри организма вряд ли принесут пользу.

    Научная работа опубликована в апрельском выпуске журнала Nature Communications (зеркало).

    Support the author
    Share post

    Comments 34

      0
      А где это можно использовать в реальном мире?
        +7
        Двигатель для робота к примеру, да и любые другие применения мотора в устройствах с сопоставимыми размерами :) Сейчас довольно активно разрабатываются различные боты для медицины, и данное достижение может ускорить процесс. Относительно большой робот сможет в будущем дырку в сосуде залатать, тромб покрошить, или камни в почках или что то подобное сделать.
          0
          Боюсь в медицинских областях эти разработки врятли найдут свое применение. Гораздо проще и эффективней с такими задачами будут справляться специально спроектированные генетическими методами вирусы и бактерии (ну или модифицированные макрофаги какие-нибудь), благо в этой области наука идет семимильными шагами сейчас. Эволюция разрабатывала эти инструменты миллионы лет. Уже практически научились ими пользоваться. Точность генетических манипуляций у некоторых методов умопомрачительная.
            0
            Перечисленные вами методы обладают своими минусами:
            1) Не смотря на то, что данные «методы» (вирусы, бактерии, мутантные макрофаги) разрабатываются исследователями, в организме данные методы действуют самостоятельно, и именно контроль за активностью осуществлять крайне сложно.
            2) Эти «методы» обладают способностью мутировать, что неизбежно, и, как вы упомянули, было разработано самой природой.
            3) Вывести из организма бактерию или вирус проблематично, точно также как и уничтожить безопасным для пациента методом.
            4) Использование вирусов подразумевает изменение ВСЕХ клеток организма, восприимчивых данному вирусу.

            Я, конечно, не знаю, какое конкретно применение вы предлагали для данных «методов», однако даже раковые клетки не полностью теряют свои «исторические связи» с клетками исходных тканей (стоит хотя бы вспомнить про промежуточные филаменты). Ситуация с бактериями будет не проще — для их эффективной работы они должны быть не восприимчивы к иммунитету человека, а это равноценно созданию нового заболевания, которое будет требовать разработки методов лечения. Что касается макрофагов — введение дисбаланса в саму иммунную систему организма опять же может иметь малоприятные последствия если не в ближайшем прогнозе, то в долгосрочном.

            Про непосредственно мотор и перспективы его использования:
            Данные методики «нанороботов» могут позволить проводить микрооперации, и, как я понял из статьи, работать с клетками напрямую, аналогично макрофагам. Если данные соединения не воспринимаются как чужеродные организмом, то это позволит их безопасно как вводить в любые части организма, так и извлекать (конечно, при должных методиках управления).
              0
              С ними есть засада — все вирусы и бактерии состоят из белков, ЛПС, и прочих типично-биологических антигенов, к которым пациент со временем может сенсетизироваться, что будет иметь мрачные последствия.

              А вот нано-робот (как же уже за [redacted]али журналисты этот термин...) может быть собран из материалов на которые имунная система млекопитающих никакой специфической реакции выработать не может.
            0
            Это самые пионерские эксперименты для создания элементной базы в области наномеханики. Первые шажки в сторону набороботов, так сказать.
            +10
            вращался до 15 часов со скоростью 18 000 RPM (300 оборотов в секунду), совершив более 240 000 циклов
            C указанной скоростью мотор совершит все циклы менее чем за 14 минут.
              +16
              А вы учли релятивистское замедление времени?
                –1
                Это ещё тут причём?
                  +22
                  Попытка пошутить, что крутится так быстро, что растягивает локальные 14 минут до наблюдаемых 15 часов.
                +4
                И вот так за всеми приходится проверять.
                  +7
                  Ализара проверять не надо.
                  Сказал — как отрезал.
                    +6
                    Они сами в пресс-релизе соврали. Проверил, в научной работе действительно такой фразы нет. Там есть 240 000 оборотов, 15 часов и, судя по всему, кратковременные разгоны до 18 000 RPM.
                  +41
                  просто вращение началось в 14:45 и продолжалось до 15 часов…
                  0
                  With all its dimensions under 1 micrometer in size, the nanomotor could fit inside a human cell and is capable of rotating for 15 continuous hours at a speed of 18,000 RPMs, the speed of a motor in a jet airplane engine. Comparable nanomotors run significantly more slowly, from 14 RPMs to 500 RPMs, and have only rotated for a few seconds up to a few minutes.

                  В статье о количестве циклов ничего не сказано:

                  С размерами до 1мкм наномотор может поместиться в человеческую клетку и вращаться в течении 15 непрерывных часов со скоростью 18000 RPM, скоростью двигателя аэроплана. Сравнимые наномоторы вращались намного медленнее, от 14 RPM до 500 RPM, и могли вращаться по времени от нескольких секунд до нескольких минут.
                    0
                    Хотя в статье журнала Nature об этом есть.
                    +1
                    15 часов — 16 200 000 оборотов, это действительно более 240 000 :)
                      +2
                      Может, цикл и оборот в данном случае разные вещи?
                        0
                        Возможно
                          0
                          разгоняясь до 18 000 RPM (300 оборотов в секунду).

                          скорость разгона нам не известна может она была 10 оборотов/м
                      0
                      Ну технически то все правильно. «совершив _более_ 240 000 циклов»
                      +2
                      1 микрон — это всё же пока микромотор, а не нано.
                        0
                        В одном микромоторе помещается тысяча наномоторов.
                          +3
                          Вообще-то, 10e9 наномоторов (1000*1000*1000).
                            –1
                            Это вы со 100-киловаттным мотором сравнили.
                              +4
                              Я ни с чем не сравнивал, и причём тут мощность вообще? Слово «помещается» подразумевает размеры. В одном кубическом микроне помещается 1e9 кубических нанометров. Что не так?
                                –1
                                Если я правильно понял, речь шла про линейные размеры.
                                и причём тут мощность вообще?
                                Это была шутка. Такой двигатель диаметром около метра.
                                  +2
                                  Ну линейные размеры и объём — это две в третьей степени больших разницы :)
                                    +2
                                    У меня речь, разумеется, шла про объём — потому что моторы у нас всё же трёхмерные.
                                0
                                В данном случае один микрометр это длина мотора, а не объём.
                                  0
                                  Разумеется. Однако:
                                  — при линейных размерах порядка 1 микрометра мотор занимает объём порядка 1 куб. микрометр…
                                  — при линейных размерах порядка 1 нанометра мотор занимает объём порядка 1 куб. нанометр, т.е. 1 миллиардную куб. микрона.
                                  В первом моторе поместится порядка миллиард вторых, потому что никто не запрещает размещать, используя весь объъём.

                                  Аналогичным образом, в моторе размером 1 метр можно разместить порядка миллиарда моторчиков размером 1 миллиметр (1/1000 метра).
                              +1
                              Детали имеют нано размеры и работать с ними приходится все-же на нано уровне. А размер в сборе уже не так важен;)
                              0
                              А если положить 5 таких моторов рядом, то они будут вращаться синхронно благодаря тому, что поле на все моторы действует одинаково?

                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.