|
Здравствуйте. Появилось желание развлечься и поэкспериментировать с какими-нибудь микроскопическими самостоятельно перемещающимися устройствами. Характерный масштаб -- толщина волоса. Конечно, это вам не нанотехнологии, но все-равно интересно. Правда, пока я придумал только всего одну субмиллиметровую конструкцию.
Основой устройства (увы, нереализованного) служит плавающий в насыщенном солевом растворе кристаллик соли с пропиленным в нем углублением (кристаллик стабилен за счет насыщенности раствора). Для микрофрезирования вполне сгодится тоненькая металлическая иголка-сверло, хотя можно использовать лазер / ультразвук / травление / литье / выращивание / напыление / штампование / etc. В углубление введена и закреплена там пара из двух отличающихся по электроотрицательности соприкасающихся металлических пылинок.
Идея в том, что гальваническая пара (например медно-цинковая) за счет электролиза может привести к появлению и росту газового пузырька, прикрепленного к корпусу и обеспечивающего путем изменения геометрии устройства его перемещение при достаточной вязкости среды или за счет эффектов поверхностного натяжения вблизи препятствий. Топливом является сам солевой раствор, на поддержание концентрации которого может по мере необходимости затрачиваться материал корпуса. Кстати, гальваническая пара может быть напылена прямо на корпус, при этом не понадобится ничего пилить.
Думаю, такую штуковину можно собрать в домашних условиях, разумеется с использованием микроскопа. Мне вот интересно, морочат ли ещё где-нибудь себе голову такими вещами? Я вот как-то видел в сети забавную действующую на ионном транспорте наноконструкцию с осциллирующими пузырьками на пористой подложке, но ссылку потерял... Также встречалась в чем-то похожая идея, вместо соли в которой эксплуатировалась перекись водорода, но и эту информацию отыскать не получается. Фактически, из теоретических материалов под рукой лежит только Eric Lauga, Thomas R. Powers, The Hydrodynamics of Swimming Microorganisms.
Собственно, хотел бы послушать идеи по возможным путям практической реализации задумки, да и вообще любые идеи, особенно касающиеся возможных принципов работы самих микродвигателей. Можно ведь понапридумывать различные принципы передвижения: оптические (e.g. фотополимеризация), химические (бурные реакции с выделением газа), механические (пьезоэффект), термические (расширение газа или деформация биметаллической пластины), ионно-форезные (перенос вещества в электрическом поле), струйно- или роторно-электростатические, etc. Можно прикрепить к корпусу рулевой движетель, чувствительный к концентрации определенного химического вещества или к свету, что позволит реализовать что-то вроде хемо- или фототаксиса.
Для длительной работы микроактюатора необходима какая-то цикличность, а значит и какая-нибудь схема релаксации (например, в термическом двигателе достаточно остывания). Но и "одноразовые" двигатели тоже очень интересны. А вот "прямоточные" и вовсе не получится реализовать, наверное...
Хотя, кажется, технически возможна сборка более привычного двигателя с вращающимися деталями (например, ротор в электростатическом поле + червячная передача-колесо или пропеллер с химическими форсунками на концах лопастей). С магнитодинамическими решениями же возможно будут проблемы (я не знаю как ведет себя магнитное поле на таких масштабах и получится ли сообразить что-то вроде простенького маленького униполярного двигателя на лоренцевой силе).
Можно попробовать рассмотреть и экзотические конструкции, вроде клеточного автомата на специальном активном субстрате (cf. игра "жизнь"). Вопрос в том, как сконструировать наиболее простую подложку с регулярной решетчатой структурой, каждая ячейка которой могла бы менять свое состояние в зависимости от состояния своих соседей... Чем проще тем лучше. Такая матрица была бы особенно интересной в свете возможности проведения опытов с самореплицирующимися автоматами.
В общем, хотя и боюсь показаться сумасшедшим, но мне все это интересно. :) Так что буду рад любым идеям и ссылкам. И заранее благодарю за отклики.
|
