Микродвигатель внутреннего сгорания

Команда исследователей из России, Нидерландов и Германии разработала новый вид микродвигателя. Крохотная силовая установка сжигает водород и кислород и может использоваться в перспективных микросистемах.

В настоящее время ученые и инженеры из разных стран создают все больше миниатюрных устройств, например роботов-насекомых или крошечных насосов для микрофлюидных чипов. Однако до сих пор главной проблемой таких устройств остается надежный и мощный источник питания – современные аккумуляторы слишком тяжелые и имеют слишком малую емкость, чтобы их можно было рассматривать в качестве надежного источника питания.

Одним из возможных решений является использование крошечных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), однако и без того невысокая эффективность ДВС при уменьшении размеров еще больше снижается. Новая разработка, похоже, решает эту проблему, хотя до сих пор разработчики не могут до конца понять принцип работы их изобретения.

Микродвигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого еще не до конца понятен, может стать силовой установкой для медицинских роботов и крошечных механических насекомых

Двигатель устроен очень просто: через крошечную барокамеру с гибкой мембраной на одном конце и электродами внутри проходит трубка с соленой водой. При подаче тока происходит процесс электролиза с образованием микропузырьков. Это увеличивает давление в барокамере на величину от 0,5 до 4 бар, в результате чего мембрана выгибается наружу приблизительно на 1,4 мкм на время от 100 до 400 микросекунд. Выключение тока прекращает электролиз, и мембрана возвращается в свое первоначальное положение, причем гораздо быстрее, чем в момент выгибания наружу. Ученые подозревают, что дополнительная энергия образуется в процессе сжигания водорода с образованием молекулы воды. Быстрое движение мембраны можно использовать в качестве привода силовой установки.

Новый микродвигатель имеет размеры всего 100×100×5 микрон и сделан с использованием кремниевых пластин, покрытых слоем нитрида и платиновых электродов. Мембрана является частью пластины и сделана с помощью процесса травления.

Микродвигатель, в разработке которого принимали участие ученые из Ярославского филиала Физико-технологического института РАН, для своего крошечного размера производит большой крутящий момент и может служить силовой установкой для очень маленьких устройств. МикроДВС может применяться в устройствах, которые должны выполнять физическую работу (например перекачивать жидкости) или передвигаться (например внутри кровеносных сосудов человека).

В настоящее время ученые изучают принцип работы двигателя и пытаются определить, можно ли создать аналогичные ДВС еще меньшего размера.