Scientific Reports: Создан новый храповик с геометрически симметричной шестерней

Храповой механизм — это система преобразования энергии. Она превращает беспорядочное или случайное движение в упорядоченное, направленное. Важнейший компонент механических систем состоит из шестерни и защёлки, которая ограничивает движение шестерни в одном направлении.

Концепция броуновского храповика предложена для понимания работы молекулярных двигателей в биологических системах. В них химические реакции выпрямляют случайное тепловое движение молекул.

По второму закону термодинамики равномерные тепловые колебания не могут создать упорядоченное движение. Поэтому для работы броуновских храповиков нужны неравновесные флуктуации.

В биологических системах химические реакции модулируют тепловое движение и создают нетепловые колебания, которые важны для храпового механизма. Определение типов неравновесных движений, с которыми может справиться храповой механизм — это интересная и важная научная задача. Она может помочь в создании новых технологий по сбору энергии.

Храповик Фейнмана-Смолуховского — пример активного броуновского храповика. Это привело к многочисленным исследованиям храповых двигателей. В большинстве этих исследований предполагается использовать асимметричный храповик для выравнивания нетепловых флуктуаций, возникающих из-за механических колебаний.

Исследователи из Университета Дошиша создали новый храповой механизм. Руководили работой аспирант Мику Хататани и доценты Ямамото Дайго и Акихиса Шиои.

В основе механизма — асимметрия смачиваемости поверхности симметричной шестерни. Это отличает разработку от традиционных храповиков.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Команда разработала инновационный храповой механизм — симметричную шестерёнку из ABS-смолы с шестью зубцами в форме треугольников.

К правой стороне каждого зубца прикреплена парафиновая плёнка. Это создаёт разницу в смачиваемости поверхности между двумя сторонами зубцов.

Чтобы провести испытания, шестерёнку поместили в чашку Петри, наполненную водой, и закрепили булавкой. Чашку поставили на вибрирующий диск, который колебался в вертикальном направлении с заданной частотой, создавая случайные колебания воды.

В чашке с водой шестерёнка с парафином вращалась только в одну сторону, а без парафина — не вращалась вообще.

Вращение первой шестерёнки зависело от её формы: если посмотреть на неё с одной стороны, вращение будет по часовой стрелке, а с другой — против. На коротких промежутках времени она колебалась в обе стороны, а на длинных — вращалась в одном направлении.

Исследователи изучили, как работает этот инновационный храповый двигатель. Они выяснили, что его уникальное движение создаётся случайным процессом со смещённой движущей силой. Эта сила возникает из-за разницы между двумя поверхностями: параплёнкой и зубьями шестерни. Параплёнка гладкая, а поверхность зубьев шестерни шероховатая.

Хататани отмечает, что это исследование может привести к созданию новой конструкции храпового двигателя. Такая система способна собирать энергию за счёт вибрационного шума и мотора микрометрового размера в микрофлюидном устройстве.

Работа также может вдохновить на дальнейшие разработки, которые приведут к созданию совершенно новых технологий сбора энергии.

20.08.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии

Швеция вновь обратила внимание на атомную...

Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство
Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство

Мир стремится к устойчивому развитию, и&n...

Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ
Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ

Нижегородский государственный университет имен...

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Мир хранения энергии меняется благодаря кванто...

Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию

Превращение солнечной энергии в химическу...

Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров

Европейская комиссия дала зеленый свет огромно...

1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии

Стремление Китая использовать энергию звезд до...

Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму

Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ...

В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%

Ученые Томского политехнического университета ...

Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии

Живая лаборатория по использованию тепла ...

JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей

Глобальная гонка за увеличение срока служ...

AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии

Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме...

AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка

Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новый рулевой КАИ Кирилл Охоткин: что ждет университет
Новый рулевой КАИ Кирилл Охоткин: что ждет университет
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
Математика против вирусов: как ученые СПбГУ научились предсказывать эпидемии
Математика против вирусов: как ученые СПбГУ научились предсказывать эпидемии
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Круглый стол «Наука продвигать» пройдёт в эту субботу
Итоги IV конгресса молодых ученых