Беспроводная энергия

Кристаллы, способные преобразовывать свет непосредственно в механическую энергию без использования электричества в качестве промежуточного этапа, могут привести к множеству достижений. Например, дроны, работающие на лазерных лучах, могут сократить потребление батарей или вообще обойтись без них, а экономия веса обеспечит дополнительные возможности.

Идея беспроводной передачи энергии имеет давнюю привлекательность. Никола Тесла потратил годы, пытаясь разработать способ питания ламп без проводов, и его почитание настолько велико, что некоторые люди полагают, что он сделал это только для того, чтобы технология была подавлена. Предложения по излучению энергии, собранной солнечными панелями в космосе, являются еще одной версией, которая периодически возрождается.

Однако обычно они включают преобразование передаваемого электромагнитного излучения в электричество, которое затем используется для питания двигателей или освещения шаров. К сожалению, один из самых основных законов физики заключается в том, что любое преобразование энергии связано с некоторой неэффективностью. Следовательно, профессор Райан Хейворд из Университета Колорадо в Боулдере стремится свести к минимуму необходимые преобразования.

«Мы, так сказать, вырезаем посредников, берем световую энергию и превращаем ее непосредственно в механическую деформацию», — сказал Хейворд в своем заявлении. Ключом к этому процессу являются органические кристаллы, которые изгибаются под воздействием света.

Хейворд возглавляет команду, которая использует эти фотомеханические материалы для выполнения работ, чтобы роботам не приходилось носить с собой батарейки, по крайней мере, до тех пор, пока у них есть прямая видимость обратно к источнику света. Таким образом, дрон, питаемый лазерным лучом, сможет оставаться в воздухе дольше и, возможно, выполнять более сложные воздушные маневры, чем если бы ему приходилось нести батареи и другие тяжелые электрические системы.

Фотомеханические материалы не новы, но предыдущие версии были неэффективны и так легко ломались, что представляли собой скорее диковинку, чем основу для полезных машин. Команда Хейворда обнаружила, что крошечные, высокоупорядоченные кристаллы диарилэтена могут работать намного лучше, если их объединить в больших количествах. «Что интересно, так это то, что эти новые приводы намного лучше тех, которые у нас были раньше», — сказал Хейворд. «Они быстро реагируют, служат долго и могут поднимать тяжелые предметы».

Команда Хейворда внедряет массивы кристаллов в микроскопические отверстия в полимерных материалах. Они обнаружили, что это делает их более надежными и мощными. Под воздействием света кристаллы заставляют полимер изгибаться, что может привести к вращению двигателя. Они продемонстрировали, что кристаллы весом 0,02 миллиграмма могут поднимать предметы, в тысячи раз превышающие их вес.

Это не означает, что все проблемы беспроводной передачи энергии решены. В настоящее время команда может заставить свою комбинацию кристаллов и полимеров сгибаться и разгибаться только под воздействием света, поскольку кольца внутри молекулярной структуры кристаллов открываются и закрываются. Команда хочет иметь в своем распоряжении более широкий спектр возможностей. Хейворд также признает: «Нам еще предстоит пройти путь, особенно с точки зрения эффективности, прежде чем эти материалы смогут действительно конкурировать с существующими приводами».

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.