El motor más pequeño que se puede fabricar


El motor eléctrico más pequeño del planeta, al menos de acuerdo con el Guinness World Records , tiene un tamaño de 200 nanómetros. Por supuesto, eso es un motor muy pequeño, si tenemos en cuenta que un cabello humano tiene 60.000 nanómetros de anchura, pero esta marca está a punto de ser destruida a lo grande.

Un equipo de investigadores de la Universidad Tufts ha desarrollado la primera molécula que es un motor eléctrico, de tan sólo 1 nanómetro de diámetro. Los resultados son publicados en la revista Nature Nanotechnology en septiembre. Este desarrollo fue posible con un microscopio de efecto túnel a baja temperatura del que dispone la universidad de Tufts, uno de los alrededor de 100 que existen en los Estados Unidos. El estudio puede ser el primer paso hacia una nueva clase de dispositivos que podrían ser utilizados en aplicaciones que van desde la medicina hasta la ingeniería. 

“La emoción es demostrar que una sola molécula puede proporcionar electricidad y conseguir que haga algo que no es sólo azar”, dice el líder del equipo Charles Sykes, profesor asociado de química en la Escuela de Artes y Ciencias.

Los motores-molécula no son nuevos, pero hasta ahora se habíann visto impulsados por productos químicos o luz. Un motor molecular que funciona con electricidad tiene ventajas significativas sobre otras tecnologías, dice Sykes; como que para poder crear motores moleculares con productos químicos, los científicos deben añadir sustancias químicas a un vaso lleno de billones de moléculas. “Así que eso limita todo mucho”, señala Skyes. Del mismo modo, utilizar luz para mover motores moleculares crea dificultades, porque la luz, incluso con una muy fuerte orientación llega a mucha moléculas a la vez.

Con el microscopio de efecto túnel, “podemos aterrizar justo en la parte superior de una molécula, medirla y girarla”, dice Sykes. “Es la mejor manera de hacerlo”.

Sykes y sus colegas usaron la punta metálica del microscopio para proporcionar una carga eléctrica de una molécula de sulfuro de metilo butilo que había sido colocada en una superficie de cobre. La molécula tenía un átomo de azufre en el centro y átomos de carbono que irradiaban hacia fuera para formar dos grupos, por así decirlo: cuatro carbonos por un lado y uno solo por el otro lado. En experimentos posteriores, estos brazos  podían actuar como piezas entrelazadas, y cuando una molécula es alimentada, puede girar o rotar.

Sykes advierte que las aplicaciones prácticas de la molécula de un solo motor eléctrico están todavía lejanas. Pero se imagina que podría ser utilizado, por ejemplo, en la detección y testeo de dispositivos médicos que involucran tuberías pequeñas. “A estas pequeñas escalas, la fricción del líquido contra las paredes de la tubería aumenta, y  cubrir las paredes con los motores pueden ayudar a impulsar el líquido”, dice. Los motores  moleculares eléctricos también pueden ser de utilidad en sistemas de nanoelectromecánicos (NEMS). Por ejemplo, el acoplamiento de movimiento molecular con señales eléctricas puede permitir a los científicos construir líneas de retraso de señal y sensores a nanoescala.  

Antes de realizar estas aplicaciones potenciales, los avances tendrían que hacerse en las temperaturas a las que los motores de accionamiento eléctrico molecular operan. Para el experimento que hizo Sykes en Tufts, la temperatura ambiente del motor molecular tuvo que ser reducido a 5 grados Kelvin, unos gélidos -450 Farenheit.

Esto se debe a que a media que la temperatura aumenta, el motor gira mucho más rápido, más allá de la capacidad de los científicos para medir las rotaciones. A 100 grados Kelvin (-279 grados F), un motor molecular puede girar más de un millón de veces por segundo. “No es que no hayamos podido trabajar en una temperatura más alta, es que también están pasando muchas cosas y a esa velocidad, es sólo un borrón.”

A la temperatura más fría que el grupo utilizó, el motor pasó por cerca de 50 revoluciones por segundo, lo que se mide fácilmente. Pero para probar que el motor estaba siendo conducido por  electricidad proporcionada y que los movimientos no eran sólo azar, el grupo de Sykes debió efectur un seguimiento de todas las rotaciones. “Por cada punto de datos en el documento, se contaron unas 5.000 rotaciones. Se recogen datos cada cinco minutos, pero se necesita una semana para analizarlos.”

El tamaño de la tarea, explica la situación muy poco común dos colaboradores del estudio eran estudiantes de secundaria del internado en el proyecto. Sykes los entrenó, junto con estudiantes de licenciatura y posgrado, para seguir los movimientos de los motores moleculares pequeños.

Cada conjunto de rotaciones fue contado por dos evaluadores diferentes. Esto creó un proceso doble ciego, asegurando que las rotaciones fueran contadas con exactitud.

Era un trabajo tedioso, pero los jóvenes estudiantes se afanaron en él, señala Sykes. De hecho, uno de los estudiantes de secundaria, Nikolai Klebanov, finalmente fue inscrito en la universidad de Tufts, donde ahora cursa segundo año de ingeniería química.

La investigación de Sykes, que fue financiado por la National Science Foundation, la Fundación Beckman y la Corporación de Investigación para el Avance de la Ciencia, va a continuar. “Vamos a tratar de aprender todo lo que podamos acerca de cómo estos motores moleculares trabajan”, dice Sykes. lo que incluye el uso de diferentes moléculas, fuentes de energía y maneras de unir moléculas a la superficie. El objetivo de estos esfuerzos será entender las interacciones y mejorar el movimiento, señala Skyes y añade que él y sus colegas también  estudiarán cómo puede ser transferida a otras moléculas y crear matrices de dientes diminutos  en la superficie.

¿Y qué hay del récord mundial?  Sykes dijo que en breve presentará el motor construido en Tufts a el Guinness World Records . Si es aceptado, se establecerá un nuevo récord que probablemente no se romperá a corto plazo.

Autor: Taylord McNeil

Enlace original: World’s smallest electric engine

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