Udnyttelse af Brownsk bevægelse

Små partikler suspenderet i en væske bliver konstant stødt af kollisioner med andre molekyler, hvilket får dem til at rykke uregelmæssigt på en måde kendt som Brownsk bevægelse. Fænomenet - først observeret af botaniker Robert Brown i 1824 og senere beskrevet teoretisk af Albert Einstein - er allestedsnærværende i naturen, en uundgåelig konsekvens af termisk energi i miljøet. Nu hævder biokemikeren R. Dean Astumian fra University of Chicago, at vi ved at anvende ydre kræfter og anvende forskellige tricks kan fordreje disse ellers tilfældige slyngninger og få tingene til at bevæge sig mere den ene vej end den anden, og dermed lægge grunden til potentielt nyttige enheder.





Et arrangement ville bestå af et vippet rør, der har en række positive og negative elektroder fastgjort langs den ene side, og som også indeholder en væske fyldt med negativt ladede partikler. Når elektriciteten er tændt, vil elektrisk tiltrækning få alle partiklerne til at samle sig ved de positive elektroder. Når elektriciteten er slukket, vil tyngdekraften få de fleste partikler til at drive ned ad bakke. Men på grund af Brownsk bevægelse vil nogle lejlighedsvis gå op ad bakke. Hvis disse opadgående partikler kommer forbi den negative elektrode, som er placeret lige knap over den positive, vil de blive tvunget op ad bakke til den næste positive elektrode, når elektriciteten tændes igen. Resten af ​​partiklerne, der drev ned ad bakke, vil vende tilbage til den positive elektrode, hvor de oprindeligt var samlet. Ved at gentage denne proces og tænde og slukke for elektriciteten på præcis de rigtige tidspunkter, kan vi generere netto op ad bakke, forklarer Astumian.

Beam det ned

Denne historie var en del af vores oktoberudgave fra 1997

  • Se resten af ​​problemet
  • Abonner

Hvis der tilføres røret større partikler, der er sammensat af det samme materiale og bærer den samme negative ladning, vil de have en tendens til at bevæge sig ned ad bakke mere end de mindre partikler, fordi de oplever et stærkere træk fra tyngdekraften med forholdsvis mindre friktionsmodstand. Hvis du gør det rigtigt, kan du ende med en situation, hvor de store partikler bevæger sig ned ad bakke, mens de små partikler bevæger sig op ad bakke, siger Astumian. Det kunne være yderst nyttigt, tilføjer han, for på nuværende tidspunkt er der ingen rigtig gode måder at adskille partikler efter størrelse. Den partiske Brownske bevægelsestilgang, siger han, kan give grundlaget for praktiske enheder, der kontinuerligt kan adskille proteiner eller andre molekyler i biologisk eller kemisk behandling.



Men selvom sådanne applikationer ikke slår ud, bør forskningen i det mindste bidrage til en ny forståelse af den tilfældige, termisk drevne bevægelse, også kendt som termisk støj. Vi har altid set på termisk støj som noget, vi skal slippe af med, siger Astumian. Men nu tager vi den modsatte tilgang og forsøger at bruge den konstruktivt.

skjule