Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Publikoval: ejrick van newman
8. mája 2022

Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch, ktoré pozostávajú len z niekoľkých atómov, aby sa vytvorili takzvané molekulárne stroje. Výskumný tím spoločnosti FAU úspešne zostrojil najmenšie energeticky poháňané ozubené koleso na svete so zodpovedajúcim náprotivkom. Nano prevodovka je prvá, ktorú možno aj aktívne ovládať a poháňať. Zistenia vedcov boli nedávno publikované v časopise Nature Chemistry.

Miniaturizácia zohráva kľúčovú úlohu v ďalšom vývoji moderných technológií a umožňuje vyrábať menšie zariadenia, ktoré majú väčší výkon. Tiež hrá významnú úlohu vo výrobe, pretože umožňuje vyrábať funkčné materiály a lieky s dovtedy bezprecedentnou úrovňou presnosti. Teraz výskum vstúpil do nanomierky – ktorá je voľným okom neviditeľná – so zameraním na jednotlivé atómy a molekuly. Význam tejto novej oblasti výskumu dokazuje Nobelova cena za chémiu, ktorá bola udelená za výskum molekulárnych strojov v roku 2016.

Niektoré dôležité komponenty používané v molekulárnych strojoch, ako sú spínače, rotory, kliešte, robotické ramená alebo dokonca motory, už existujú v nanoúrovni. Ďalšou podstatnou súčasťou každého stroja je ozubené koleso, ktoré umožňuje zmeny smeru a rýchlosti a umožňuje vzájomné prepojenie pohybov. Molekulárne náprotivky existujú aj pre ozubené kolesá, avšak doteraz sa pohybovali iba pasívne tam a späť, čo nie je pre molekulárny stroj extrémne užitočné.

Molekulárne ozubené koleso vyvinuté výskumným tímom vedeným Prof. Dr. Henrym Dubeom, predsedom organickej chémie I na FAU a predtým vedúcim juniorskej výskumnej skupiny na LMU v Mníchove, meria iba 1,6 nm. Výskumnému tímu sa podarilo aktívne poháňať molekulárne ozubené koleso a jeho náprotivok a vyriešiť tak zásadný problém v konštrukcii strojov v nanoúrovni.

Prevodovka pozostáva z dvoch komponentov, ktoré sú navzájom prepojené a pozostávajú iba zo 71 atómov. Jednou zložkou je molekula triptycénu, ktorej štruktúra je podobná vrtuli alebo korčekovému kolesu. Druhou zložkou je plochý fragment molekuly tioindiga, podobný malej platni. Ak sa doska otočí o 180 stupňov, vrtuľa sa otočí len o 120 stupňov. Výsledkom je prevodový pomer 2:3.

Nanoprevodovka je riadená svetlom, čo z nej robí molekulárnu fotovýbavu. Keďže sú priamo poháňané svetelnou energiou, doska a triptycénová vrtuľa sa pohybujú v uzamknutej synchrónnej rotácii. Ako zistil tím FAU, samotné teplo nestačilo na to, aby sa prevodovka roztočila. Keď výskumníci zahriali roztok okolo prevodovky v tme, vrtuľa sa otočila, ale doska nie – ozubené koleso sa „pošmyklo“. Vedci tak dospeli k záveru, že nano prevodovku je možné aktivovať a ovládať pomocou svetelného zdroja.

Nanoprevodovka je riadená svetlom, čo z nej robí molekulárnu fotovýbavu. Keďže sú priamo poháňané svetelnou energiou, doska a triptycénová vrtuľa sa pohybujú v uzamknutej synchrónnej rotácii. Ako zistil tím FAU, samotné teplo nestačilo na to, aby sa prevodovka roztočila. Keď výskumníci zahriali roztok okolo prevodovky v tme, vrtuľa sa otočila, ale doska nie – ozubené koleso sa „pošmyklo“. Vedci tak dospeli k záveru, že nano prevodovku je možné aktivovať a ovládať pomocou svetelného zdroja.

Zdroj: nano-magazine.com

PREČÍTAJTE SI AJ

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

Inovatívna oblasť kozmetickej vedy nedávno upozornila na lignínové nanočastice (LNP) pre ich výnimočný potenciál pri posilňovaní opatrení na ochranu pred slnkom v rámci produktov starostlivosti o pleť. Tieto nanočastice sú oslavované pre ich vynikajúcu schopnosť...

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

Pre ľudí s poruchami hlasu, vrátane tých, ktorí majú patologické stavy hlasiviek alebo ktorí sa zotavujú po operáciách rakoviny hrtana, je často ťažké alebo nemožné hovoriť. To sa môže čoskoro zmeniť. Tím inžinierov z UCLA vynašiel mäkké, tenké a pružné zariadenie s...

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

V súčasnosti sa viskózové textílie vyrábajú z biomasy z lesa a úplne recyklovaná viskóza neexistuje. Vedcom z univerzity v Lunde vo Švédsku sa teraz podarilo vyrobiť novú viskózu – z opotrebovaných bavlnených obliečok. Staré textílie po celom svete končia na smetisku...

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

Prevratný vývoj v liečbe poranení miechy predstavuje nový prístup prostredníctvom použitia špecializovanej nanotechnológie. Tento dodávací systém, známy ako nanogél, je duchovným dieťaťom výskumníkov z Politecnico di Milano. Je dômyselne navrhnutý tak, aby sa...

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

Mäkká robotika je náuka o vytváraní robotov z mäkkých materiálov, ktorá má výhodu flexibility a bezpečnosti pri interakciách medzi ľuďmi. Tieto roboty sú vhodné pre aplikácie od zdravotníckych zariadení až po zvyšovanie efektivity pri rôznych úlohách. Okrem toho,...

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

Výskumníci z Empa a ETH Zurich predstavili inovatívnu chirurgickú techniku, ktorá prináša revolúciu v spôsobe hojenia rán. Táto nová metóda, ktorá sa líši od tradičného prístupu ihly a nite používaného viac ako 5000 rokov, využíva sofistikovaný proces laserového...

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra. Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú...

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách. Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody....

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

Približne polovica spotreby energie priemernej americkej budovy sa minie na vykurovanie a chladenie. To je veľa vynaložených peňazí, spálených fosílnych palív a záťaže na starnúcu energetickú infraštruktúru v čase vysokých teplôt. Vedci teraz predstavili adaptívnu...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón....

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF)....

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov