Бактерии могут приводить в действие крошечные "ветрогенераторы" и поставлять энергию

Учёные хотят впрячь бактерии в свои конструкции, чтобы те приводили в действие крошечные "ветрогенераторы".

Иллюстрация Amin Doostmohammadi.

Ветровая электростанция на сегодняшний день является уже устоявшейся альтернативой другим источникам энергии, но и у этого решения есть свои недостатки. Так, многие считают, что они слишком громоздки и небезопасны для окружающей среды, другие винят ветрогенераторы в том, что они вызывают локальное потепление климата.

Но новый тип ветровой электростанции, предложенный исследователями из Оксфордского университета, вряд ли ждёт подобная критика, по крайней мере, в том, что касается её размеров.

Учёные утверждают, что компьютерное моделирование показало возможность создания микроскопических "ветровых электростанций", приводимых в действие бактериями. Такой источник питания будет слабым, но зато будет работать стабильно.

Поясним. Если посмотреть на каплю воды из пруда с помощью мощного микроскопа, можно увидеть хаотично плавающих бактерий и простейших. На первый взгляд, использование этих микроорганизмов в качестве источника питания кажется совершенно абсурдным.

Но, по словам учёных, биологически управляемые электростанции могут однажды стать микроскопическими двигателями для крошечных искусственных устройств.

Один из авторов работы доктор Тайлер Шендрюк (Tyler Shendruk) говорит: "Многие сегодняшние энергетические проблемы затрагивают гигаваттные мощности, но существуют некоторые устройства, потребляющие микроскопические мощности. Одним из возможных способов генерировать небольшое количество энергии для микромашин может быть сбор энергии непосредственно от биологических систем, например, суспензии бактерий".

Плотная бактериальная суспензия является типичным примером активных жидкостей, которые действуют самопроизвольно. Во время плавания бактерия способна управлять неорганизованными живыми потоками, но они, как правило, слишком беспорядочны, чтобы извлечь из этого какую-либо полезную энергию.

Учёные провели эксперимент: они погрузили решётку из 64 симметричных микромоторов в активную жидкость и обнаружили, что бактерии спонтанно организуют своё движение таким образом, что соседние роторы начинают раскручиваться в противоположных направлениях. А это уже простая структурная организация, напоминающая ветрогенератор.

"Когда мы проводили моделирование с одним ротором в турбулентной бактериальной среде, то он вращался в случайных направлениях, — говорит Шендрюк. – Но, когда мы поместили множество роторов в живую жидкость, соседние роторы неожиданно выстроились в правильную структуру и вращались в противоположных направлениях".

Другой автор работы доктор Амин Доостмохаммади (Amin Doostmohammadi) отмечает: "Возможность получить даже небольшое количество энергии от биологических систем очень значима, так как они не нуждаются во входной мощности и используют, чтобы передвигаться, внутренние биохимические процессы".

По его словам, расчёты учёных показывают, что поток, создаваемый бактериями, может генерировать постоянную механическую энергию за счёт вращения массива микророторов.

"Природа гениальна в создании крошечных двигателей. Мы должны понять, как использовать подобные конструкции себе на пользу", — говорит ведущий автор исследования профессор Джулия Йоманс (Julia Yeomans).

Исследование опубликовано в научном издании Science Advances.

Добавим, что учёные постоянно ищут способы заставить микромоторы двигаться за счёт знакомых всем природных процессов, например, испарения влаги.