Учёные создали первый в мире симметричный храповой двигатель

Исследователи из Университета Дошиша (Япония) продемонстрировали первый в мире симметричный храповой двигатель, способный преобразовывать случайные вибрации в направленное движение без использования традиционных асимметричных механизмов.

В начальной установке частицы распределены равномерно. Но когда диск помещают на слой частиц и подвергают вибрации, он спонтанно начинает вращаться в одном направлении, демонстрируя самоорганизацию, возникающую из-за нарушения симметрии. Автор: Мику Хататани / Университет Дошиша, Япония

Экспериментальная установка состояла из акрилового диска, помещённого на слой стеклянных шариков в вибрирующей ёмкости. При вибрации шарики начинали хаотично двигаться и сталкиваться с диском. Вместо беспорядочных колебаний диск спонтанно наклонялся и начинал стабильно вращаться в одном направлении в течение нескольких секунд.

«Мы обнаружили, что для создания храпового двигателя не нужна специальная структура, — объясняет аспирант Мику Хататани. — Простой диск без какой-либо асимметрии может самостоятельно нарушить симметрию и начать вращаться».

Ключевой принцип эффекта — спонтанное нарушение симметрии. Частицы постепенно накапливаются с одной стороны диска, вызывая его наклон, который, в свою очередь, усиливает неравномерное распределение частиц, фиксируя систему в стабильном вращательном состоянии.

Исследователи также создали математическую модель на основе прецессии вращающегося волчка, которая подтвердила экспериментальные результаты.

«Система организует себя, — говорит профессор Акихиса Шиои. — Случайность частиц становится источником порядка, приводящим в движение диск».

Это открытие может привести к созданию новых технологий сбора энергии, способных преобразовывать фоновые вибрации окружающей среды (от машин или транспортных систем) для питания небольших устройств или датчиков без внешних источников энергии. Исследование также углубляет понимание неравновесных систем и активной материи.

Исследование опубликовано в журнале Chaos.