Onderzoekers van de Simon Fraser University hebben een opmerkelijk snelle motor ontworpen die gebruikmaakt van een nieuw soort brandstof:informatie.

De ontwikkeling van deze motor, die het willekeurige schudden van een microscopisch deeltje omzet in opgeslagen energie, wordt geschetst in onderzoek dat deze week is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) en zou kunnen leiden tot aanzienlijke vooruitgang in de snelheid en kosten van computers en bio-nanotechnologieën.

SFU-professor natuurkunde en senior auteur John Bechhoefer zegt dat het inzicht van onderzoekers in hoe ze snel en efficiënt informatie in "werk" kunnen omzetten, van invloed kan zijn op het ontwerp en de creatie van real-world informatie-engines.

"We wilden weten hoe snel een informatiemotor kan gaan en hoeveel energie hij kan onttrekken, dus we hebben er een gemaakt, " zegt Bechhoefer, wiens experimentele groep samenwerkte met theoretici onder leiding van SFU natuurkundeprofessor David Sivak.

Motoren van dit type werden meer dan 150 jaar geleden voor het eerst voorgesteld, maar het daadwerkelijk maken ervan is pas sinds kort mogelijk.

"Door deze motor systematisch te bestuderen, en het kiezen van de juiste systeemkenmerken, we hebben zijn mogelijkheden meer dan tien keer verder geduwd dan andere vergelijkbare implementaties, waardoor het de huidige best-in-class is, ' zegt Sivak.

De informatie-engine ontworpen door SFU-onderzoekers bestaat uit een microscopisch deeltje ondergedompeld in water en bevestigd aan een veer die, zelf, is bevestigd aan een verplaatsbaar platform. Onderzoekers observeren vervolgens dat het deeltje op en neer stuitert als gevolg van thermische beweging.

"Als we een opwaartse sprong zien, we verplaatsen het podium als reactie, " legt hoofdauteur en promovendus Tushar Saha uit. "Als we een neerwaartse beweging zien, we wachten. Hierdoor wordt het hele systeem opgetild met alleen informatie over de positie van het deeltje."

Door deze procedure te herhalen, ze verhogen het deeltje "een grote hoogte, en zo een aanzienlijke hoeveelheid zwaartekrachtsenergie op te slaan, " zonder direct aan het deeltje te hoeven trekken.

Saha legt verder uit dat "in het lab, we implementeren deze motor met een instrument dat bekend staat als een optische val, die een laser gebruikt om een ​​kracht op het deeltje te creëren die die van de veer en het podium nabootst."

Joseph Lucero, een Master of Science-student, voegt toe, "In onze theoretische analyse we vinden een interessante afweging tussen de deeltjesmassa en de gemiddelde tijd voor het deeltje om omhoog te stuiteren. Terwijl zwaardere deeltjes meer zwaartekracht kunnen opslaan, ze hebben over het algemeen ook meer tijd nodig om omhoog te gaan."

"Geleid door dit inzicht, we hebben de deeltjesmassa en andere motoreigenschappen gekozen om te maximaliseren hoe snel de motor energie onttrekt, beter presteren dan eerdere ontwerpen en een vermogen bereiken dat vergelijkbaar is met moleculaire machines in levende cellen, en snelheden vergelijkbaar met snelzwemmende bacteriën, ", zegt postdoctoraal fellow Jannik Ehrich.