Электрические моторы, отлично показывающие себя в макромасштабе, становятся неэффективными, если их пытаются уменьшить до размеров менее одного кубического сантиметра. В этом случае электродвигатель превращается в обогреватель. Сейчас не существует пригодного к использованию мотора, способного приводить в движение миниатюрные дроны для поиска выживших при обрушении зданий или микроботы, проникающие в пищеварительную систему человека.

Решением этой проблемы может стать изобретение Якуба Кедзирски и его команды из Массачусетского технологического института — новый тип мотора, который они назвали микрогидравлическим приводом. Он обеспечивает уровень точности, эффективности и мощности, недоступный прежде в микромасштабе, пишет MIT News.

В основе изобретения лежит технология электросмачивания: напряжение подается на каплю воды, помещенную поверх твердой поверхности, чтобы нарушить поверхностное напряжение жидкости и вызвать движение капли, а вместе с ней — всего привода.

«Представьте себе каплю воды на стекле; сила гравитации воздействует на нее, и она устремляется вниз, — говорит Кедзирски. — Мы используем напряжение, чтобы оказать такое же воздействие, которое, в свою очередь, создает движение».

Привод состоит из двух слоев. Нижний — слой металла с напечатанными на нем электродами. Он покрыт диэлектриком, который поляризуется, когда применяется электрическое поле. Верхний слой сделан из полимида, износостойкой пластмассы с нанесенными на нем каналами. В этих каналах движутся капли воды, которая разделяет оба слоя. Чтобы избежать испарения, в воду добавлен раствор хлорида лития — так жидкость не требуется менять несколько месяцев. Капли сохраняют свою сферическую форму благодаря поверхностному напряжению и относительно малому размеру.

Пока напряжение отсутствует, капля находится в покое на электродах. Но когда на электроды подается напряжение, она деформируется и вытягивается. Горизонтальной силы одно капли недостаточно, чтобы сдвинуть привод, но когда они действуют вместе, весь верхний слой сдвигается. Если прекратить подачу энергии, движение останавливается.

Испытание микрогидравлического привода показало, что по своей удельной мощности в 0,93 кВт/кг и КПД в 60% микромотор только слегка отстает от двигателя люксового электромобиля Tesla Model S.

То есть в разы превосходит пьезоэлектрические приводы и другие типы микродвигателей.

Вместо приводов и аккумуляторов миниатюрный робот-насекомое, созданный в университете Вашингтона, получает энергию от лазерного луча. Как только луч попадает на поверхность фотоэлемента, тонкие крылья робота начинают биться, как у мухи или стрекозы, и аппарат поднимается в воздух.