Самый маленький радиоприемник

Размер аппарата равен 1/10 000 толщины человеческого волоса! В физической лаборатории Калифорнийского университета в Беркли царила полная тишина Собравшиеся там сотрудники напрягали слух, боясь пошевелиться. "Хрр... Layla... xpp... you got me on me knees... Layla... xpp", - послышались тихие кашляющие звуки, тем не менее сладкий голос английского певца Эрика Клэптона был вполне узнаваем.

Что это, низкокачественная пиратская запись? Ничего подобного! Только что команда Алекса Зеттла совершила настоящее чудо: музыка доносится из невидимого невооруженным глазом аппарата. Исследователи взрываются радостными криками: их самый маленький в мире радиоприемник - всего лишь в два раза больше вируса - заработал!

Придумка: вибрирующая трубка: Как появилось изобретение? Все началось в январе 2007 года благодаря счастливому случаю. В то время команда Алекса Зеттла занималась совсем другим проектом: системой контроля качества воздуха. Для этих нужд требовалось много датчиков, и исследователи старались сделать их как можно меньшими по размерам, благо лаборатория специализировалась на работе с объектами в масштабе нанометра*. Частенько сотрудники Зеттла имели дело и со свернутыми трубочкой микроскопическими графитовыми плоскостями, обладающими поистине фантастическими свойствами.

И не воспользоваться этими свойствами было просто грех! Такие сверхпрочные и способные принимать самые разнообразные формы "нанотрубки" являются вдобавок ко всему прекрасными электропроводниками. Неудивительно, что возникла идея использовать их в нопроекходе экспериментов исследователей поджидал сюрприз. Один из членов команды,

Кеннет Дженсен, неожиданно заметил вибрацию углеродной трубки. Достаточно было еле заметного щелчка, чтобы свободный конец нанотрубки приходил в движение. Мало того, оказалось, что можно изменять частоту колебаний трубки, заставляя ее "танцевать" в такт радиоволнам. А что если использовать нанотрубку для улавливания и распространения радиоволн? Эта мысль очень заинтересовала ученых: основной проект был отодвинут в сторону, и вся лаборатория с увлечением занялась изготовлением нанорадиоприемника.

Вряд ли надо объяснять, насколько сложна такая задача: еще никому до этого не удавалось сделать радиоприемник столь малюсеньким, что его и не в каждый микроскоп разглядишь! Заметим, в научно-исследовательских лабораториях мира можно увидеть множество нанообъектов, изготовленных из считанного числа атомов, но действующих устройств среди них мало, на пальцах одной руки можно сосчитать:

Крутящееся наноколесо, нановыключатель электрической микроцепи, нанодатчикдля измерения химических или электрических колебаний, нанотележка без двигателя, толкнешь - поедет, и, наконец, наномо-тор, работающий на солнечной энергии. "Разработанные на сегодняшний день нанометрические устройства способны выполнять лишь относительно простые задачи, - признает Франсуа Перрюшо из французской лаборатории "Лети", занимающейся разработками в области нанотехнологий.

Для создания же сложных машин требуются самые разнообразные нано-устройства. К сожалению, управлять ими пока не удается". Ничего удивительного - нанообъекты столь малы, что в руки не возьмешь; их собирают под микроскопом, соединяя атом за атомом, - ювелирная операция! Как же устроено нанорадио? Идея коллектива из университета Беркли привлекает своей простотой.

Первым делом надо "настроить" нанотрубку, чтобы та ловила радиостанции подобно антенне обычного радиоприемника. Известно, что прежде чем мы услышим интересующую нас передачу, радиоволны проделывают долгий путь. Ретрансляционная станция передает сигнал через большую антенну, и ее маленькая сестра вашего радиоприемника должна поймать именно его среди множества других, что пронизывают воздушное пространство. Из невероятной какофонии звуков - выбрать лишь те, что усладят ваш слух.

Именно такая задача стояла перед сотрудниками лаборатории в Беркли. Заставить нанотрубку колебаться под действием радиоволн легко, достаточно пустить по ней ток, а вот как настроить ее на нужную радиостанцию, как выбрать требуемую частоту... тут есть над чем подумать. Пусть вас не смущает вид полой нанотрубки, она таит в себе необыкновенные возможности. На нынешний день это самый прочный и самый твердый материал из всех, известных на Земле. Хотя нанотрубка в 10 раз легче стали, она в 100 раз ее прочнее и в б раз тверже. И, ко всему прочему, это отличный электропроводник.

Секрет таких удивительных качеств нанотрубки кроется в ее структуре: графитный листок ("графен"), скрученный в форме цилиндра, состоит из слоя атомов углерода, крепко связанных между собой и образующих гексагональную (шестиугольную) решетку. Причем встречаются как однослойные, так и многослойные нанотрубки. Впервые их начал изучать японский исследователь Сумио Иижима в 1991 году, хотя они существовали в естественном виде еще во времена первобытных людей: когда наши предки разводили костры, молекулы углерода под воздействием тепла сами собой соединялись в нанотрубки.

Еще недавно "абсолютным чемпионом по прочности" считалось углеродное волокно, которое использовалось для изготовления корпусов гоночных автомобилей, ручек теннисных ракеток, лыж и множества других вещей, требующих особой прочности. В наши дни безоговорочное лидерство переходит к нанотрубкам. И это лишь начало.

Так, совсем недавно ученые объявили о разработке на основе нанотрубок искусственных мышц, способных растягиваться и сжиматься. Ну и, конечно, нельзя не упомянуть об освоении космоса. Уже зародился замысел строительства космического лифта для выведения грузов на планетарную орбиту с помощью троса, протянутого от Земли до орбитальной станции. Правда, проект существует пока лишь в фантазиях ученых.

В надежде ускорить его осуществление NASA даже объявило конкурс на его разработку, пообещав победителю миллион долларов. Кто поднимет перчатку? До настоящего времени существовало только 40 действующих наноустройств. Теперь ученым оставалось лишь перевести колебательные движения в электрический сигнал, чтобы подсоединенный к устройству громкоговоритель мог преобразовать его в звуковые волны, доступные человеческому уху.

При решении этой задачи они воспользовались тем, что в мире бесконечно малых величин физические свойства тел отличаются от тех, которые существуют в привычном нам мире. Электроны, например, легко переходят от одного объекта к другому даже без непосредственного контакта. Характеристики потока электронов вдоль нанотрубки меняются в зависимости от резонансных колебаний, вызываемых в ней радиоволной. Подключаем громкоговоритель... и радио работает!
"Просто фантастика! - не скрывает своих эмоций Алекс Зеттл.

Когда эта штука заиграла, мы пришли в неописуемый восторг!" Его коллега Джефф Уэлдон добавляет: "Мы были тем более удивлены, что провели очень мало предварительных тестов. Все пошло-поехало само собой!" Разумеется, энтузиазм исследователей вызван не самим минирадио, каким бы крошечным оно ни было, а открывшимися перед ними горизонтами. Впервые стало возможным управлять наноустройством на расстоянии.

Далее: Как работает Нанорадио

Главная   |  Открытая наука  |  Самый маленький радиоприемник