研究人员设计速度惊人的引擎 只以信息作为燃料

发表在《美国国家科学院院刊》的一篇论文显示,西蒙弗雷泽大学研究人员设计了一个速度惊人的引擎,它可以利用一种新的燃料 – 信息。这一引擎开发将微观粒子随机抖动转化为储存的能量,并可能导致计算机和生物纳米技术在速度和成本方面的重大进步。

研究人员对如何快速有效地将信息转化为”工作”的理解可能为现实世界的信息引擎设计和创造提供参考。研究人员想知道一个信息引擎能走多快,它能提取多少能量,所以他们做了一个。这种类型的发动机在150多年前首次被提出,但实际制造它们只是最近才成为可能。通过系统地研究这个引擎,并选择正确的系统特性,研究人员将其能力提升到比其他类似实现方式高十倍以上的水平,从而使其成为目前同类中最好的信息引擎。

研究人员设计速度惊人的引擎 只以信息作为燃料

由SFU研究人员设计的信息引擎包括一个浸泡在水中的微观粒子,并与一个弹簧相连,而弹簧本身则固定在一个可移动的平台上。然后研究人员观察粒子由于热运动而上下跳动。当研究人员看到一个向上的反弹时,研究人员将舞台向上移动以作出反应,当研究人员看到一个向下的反弹时,研究人员就等待。这最终只用关于粒子位置的信息来提升整个系统。重复这个程序,他们将粒子提升到 一个很大的高度,从而储存了大量的引力能量,而无需直接拉动粒子。

在实验室里,研究人员用一种被称为光学陷阱的仪器来实现这个引擎,它使用激光在粒子上产生一个模仿弹簧和舞台的力。在研究人员的理论分析中,研究人员发现在粒子质量和粒子弹起的平均时间之间有一个有趣的权衡。虽然较重的粒子可以储存更多的引力能量,但它们通常也需要更长的时间来向上移动。

在这一见解的指导下,研究人员挑选了粒子质量和其他发动机属性,以最大限度地提高发动机提取能量的速度,超越了以前的设计,实现了与活细胞中的分子机械相媲美的动力,以及与快速游泳细菌相媲美的速度。

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