Германские исследователи из университета Штутгарта и Института интеллектуальных систем Макса Планка давно ведут работы, связанные с разработкой и изготовлением микроскопических двигателей и источников кинетической энергии для микромеханических устройств и машин. И их последней разработкой является генератор механической энергии, представляющий собой одну единственную частицу, размером всего в 3 микрона. Несмотря на такую кажущуюся простоту конструкции, эта частица работает подобно двигателю Стерлинга и выполняет механическую работу.

Двигатель Стерлинга является одним из разновидностей тепловых двигателей. Он работает за счет расширения и сжатия нагреваемого и охлаждаемого газа, который толкает поршень. С энергетической точки зрения эта 200-летняя конструкция чрезвычайно эффективна, хотя такие двигатели не завоевали популярность, уступив это место паровым поршневым двигателям и двигателям внутреннего сгорания, которые могут обеспечить более большую мощность и скорость вращения.

"Поршнем" микроскопического двигателя Стерлинга является частица из маламина, легкого полимерного композитного материала, плавающая в воде. Так же в системе используются два лазера, первый лазер используется для удержания частицы на месте, а второй - для быстрого нагрева окружающей частицу воды.

Тепло воды, нагретой импульсом второго лазера, создает силы напряжения внутри оптической ловушки, удерживающей частицу. Это напряжение заставляет частицу переместиться на небольшое расстояние, которое не превышает размеров оптической ловушки, после того, как второй лазер отключается, вода в области ловушки быстро остывает за счет большой массы окружающей воды, и частица-поршень возвращается в исходное состояние. Все это весьма напоминает, хоть и с некоторыми допущениями, принципы работы двигателя Стерлинга, реализованные на микроскопическом уровне.

Управляя мощностью первого, удерживающего частицу, лазера, исследователи могут регулировать амплитуду колебаний частицы. А мощность импульсов второго лазера, разогревающего воду, будет определять максимальную мощность, которую способен отдать этот микроскопический двигатель или скорость движения частицы-поршня.

Даже исследователи, которые потратили немало времени и энергии на создание самого маленького двигателя Стерлинга в мире, считают, что в этом виде такая система вряд ли найдет практическое применение. Но данные исследования являются еще одним шагом в изучении равновесия, распределения сил и эффективности наноразмерных систем, а это в дальнейшем можно будет использовать и на практике для создания нано- и микромашин.

Машины-монстры - все об самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.