科學(xué)家研制出一種微型引擎，它是世界上最小的引擎?？茖W(xué)家們表示，這是第一種能驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人——包括能在人體中行走的醫(yī)用機(jī)器人——的引擎。

這一原型設(shè)備稱為作動(dòng)納米換能器(actuating nano-transducer)或“螞蟻”（actuating nano-transducer的首字母縮寫Ant），由微型金球和一種特殊的聚合物凝膠組合而成。它可產(chǎn)生一種微觀尺度上的推動(dòng)力，其單位重量推力是任何已知馬達(dá)或肌肉的100倍。

“多年來，大家一直在談?wù)撝圃旒{米機(jī)器人，但它們?nèi)晕磫柺馈！眲虼髮W(xué)(Cambridge)教授、該項(xiàng)目帶頭人杰里米?邦伯格(Jeremy Baumberg)說，“為什么呢？這是因?yàn)橹敝两裉欤覀內(nèi)詿o法讓納米機(jī)器人在液體中移動(dòng)——這就像是在納米尺度的糖漿中游泳，分子力太強(qiáng)了。”

他說，“螞蟻”引擎——最初發(fā)布于《美國國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)——將提供充足的動(dòng)力。“就像真正的螞蟻一樣，它們能夠提供比自身重量大得多的力量?！彼f，“我們目前面臨的挑戰(zhàn)是，如何控制這一力量為納米機(jī)械所用?！?/p>

“螞蟻”的動(dòng)力源自物理反應(yīng)而不是化學(xué)反應(yīng)。它包含金納米顆粒，每個(gè)顆粒的直徑約為0.06微米（相當(dāng)于人類頭發(fā)寬度的千分之一），這些顆粒與一種名為聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)的凝膠狀聚合物一起泡在水里。

當(dāng)溫度升到臨界溫度32攝氏度以上時(shí)，金顆粒通過分子間吸引力與聚合物一道被緊緊束縛在一起。當(dāng)溫度降到32攝氏度以下時(shí)，聚合物突然吸收水分并膨脹——聚集的金顆粒被快速推散開來，就像彈簧一樣。

“這就像是爆炸，”該團(tuán)隊(duì)的另一成員Tao Ding說，“當(dāng)水分子讓金顆粒周圍的聚合物膨脹時(shí)，數(shù)百個(gè)金球在百萬分之一秒內(nèi)飛散開來?！?/p>

實(shí)驗(yàn)表明，這一反應(yīng)是完全、快速可逆的。當(dāng)溫度再度升高時(shí)，隨著聚合物包裹物把水分排出凝膠并圍繞金顆粒收縮起來，“螞蟻”可在瞬間儲(chǔ)存大量彈性能?！罢麄€(gè)過程就像是納米彈簧，”邦伯格教授說。

“螞蟻”原型引擎用激光來控制系統(tǒng)的溫度，但也可采用其他機(jī)制。臨界點(diǎn)也可調(diào)整，比如把能量釋放點(diǎn)設(shè)定為接近37攝氏度——人體的正常溫度。

“螞蟻”或可通過一系列活塞沖程來驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人，這很像汽車的引擎，只是其尺寸是后者的數(shù)十億分之一。

“這一概念可為大量的未來設(shè)計(jì)提供支撐，”邦伯格教授說。該團(tuán)隊(duì)正與劍橋大學(xué)的商業(yè)化機(jī)構(gòu)“劍橋?qū)崢I(yè)”(Cambridge Enterprise)合作，開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

文/克萊夫?庫克森 來源：英國《金融時(shí)報(bào)》

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明：北緯40° » 劍橋大學(xué)科學(xué)家研制出世界最小引擎，能驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人