Las moléculas que componen la materia que nos rodea están en constante movimiento. ¿Qué pasaría si pudiéramos aprovechar esta energía y utilizarla?
Hace 150 años, Maxwell teorizó que si el movimiento de las moléculas pudiera medirse con precisión, esta información podría usarse para impulsar un motor. Hasta hace poco esto era un experimento mental, pero los avances tecnológicos han hecho posible construir motores de información que funcionen en el laboratorio.
Con financiación del Foundational Question Institute, los profesores de física de la SFU, John Beuchofer y David Sewick, trabajaron juntos para construir un motor de información y probar sus limitaciones. Su trabajo ha mejorado enormemente nuestra comprensión de cómo funcionan estos motores, y recientemente se publicó un artículo dirigido por el becario postdoctoral Johan du Boisson. Avances en Física: X Resume los hallazgos realizados durante su colaboración.
“Vivimos en un mundo lleno de un exceso de energía no utilizada que podría aprovecharse”, afirma Bechhofer. Comprender cómo funcionan los motores de información no sólo puede ayudarnos a poner a trabajar esta energía, sino que también puede sugerir formas de rediseñar los motores existentes para utilizar la energía de manera más eficiente y puede ayudarnos a comprender cómo funcionan los biomotores en los organismos y el cuerpo humano.
El motor de información del equipo consiste en una pequeña cuenta en un baño de agua mantenida en su lugar con una trampa óptica. Cuando la cuenta se mueve en la dirección deseada debido a las fluctuaciones en el agua, la trampa se puede ajustar para evitar que la cuenta vuelva a donde estaba antes. Al medir con precisión la ubicación de la gota y usar esa información para ajustar la trampa, el motor puede convertir la energía térmica del agua en trabajo.
Para comprender qué tan rápido y eficiente podría ser el motor, el equipo probó una serie de variables, como la masa de las perlas y la frecuencia de muestreo, y desarrolló algoritmos para reducir la incertidumbre de sus mediciones.
“Al reducirlo a su esencia más simple, podemos comprender sistemáticamente cómo cosas como la temperatura y el tamaño del sistema cambian las cosas que podemos explotar”, dice Sevok. “¿Cuáles son las estrategias que funcionan mejor? ¿Cómo cambian con todas estas características diferentes?”
El equipo pudo alcanzar la velocidad más rápida jamás registrada para un motor de información, casi diez veces su velocidad. E. coliy en comparación con las tasas de bacterias móviles que se encuentran en ambientes marinos.
A continuación, el equipo quería saber si se podía obtener más energía que el coste de hacer funcionar un motor de información. “En términos generales, siempre es un juego perdido”, dice Bechhofer. Si hay energía extra, (las moléculas) se mueven más, puede cambiar el equilibrio si es fuerte. suficiente.”
Descubrieron que en un entorno desequilibrado, donde el motor estaba en un baño térmico con temperaturas más altas que las de los instrumentos de medición, podía producir significativamente más energía de la que costaba su funcionamiento.
Toda la energía de la Tierra proviene del sol y eventualmente escapa al espacio. Este flujo direccional de energía se manifiesta de muchas maneras diferentes, como el viento o las corrientes oceánicas que pueden aprovecharse. Comprender los principios detrás del motor de información puede ayudarnos a hacer un mejor uso de esta energía.
“Estamos abordando (la recolección de energía) desde una perspectiva muy diferente, y esperamos que estas diferentes perspectivas puedan conducir a diferentes ideas sobre cómo ser más eficientes”, dice Bechhofer.
El dúo espera trabajar juntos en otros proyectos en el futuro. “Tuvimos la suerte de conseguir una subvención conjunta. Esto ayudó mucho a la colaboración”, afirma Bechhofer.
Savick, un teórico, y Bechhofer, un empirista, aportan perspectivas complementarias a su trabajo y han podido atraer aprendices que quieren trabajar con ambos. “Tenemos diferentes estilos en cuanto a cómo lideramos y lideramos un grupo”, dice Sevak. “Nuestros estudiantes y posdoctorados pueden beneficiarse en ambos sentidos”.
