Исследователи из Колумбийского университета создали миниатюрный автомобиль, который движется за счет испарения воды с искусственных мышц, покрытых почвенными бактериальными культурами. Об открытии сообщается на сайте университета, отчет об исследовании опубликован в Nature Communications. Популярно об открытии рассказывается в сетевом научно-популярном издании The Discover.

Основой механизма, построенного научной группой под руководством Озгюра Шахина, стали почвенные микроорганизмы рода Bacillus subtilis. Особенность этих организмов в том, что они прекрасно приспособлены к существованию в жестких условиях недостатка влаги и умеют образовывать жесткие дремлющие эндоспоры, которые защищают генетический материал. Во влажных условиях споры поглощают влагу из воздуха, увеличиваясь в объеме до 40%, а в условиях сухого воздуха запускается обратный процесс.

«Изменение размера — это очень необычное свойство для материала, который обладает жесткостью дерева или пластика. Мы решили, что расширение и сжатие спор можно задействовать как мускульную силу для движения других объектов. Мы заметили, что движение спор можно использовать для преобразования в электрическую энергию», - говорит Озгюр Шахин.

Ученые провели исследования и доказали, что движение спор может производить силу, превышающую в тысячу раз силу мышц человека. Следующим этапом их работы стало строительство механизма, способного использовать эту силу. Для этого бактериальную культуру нанесли на гибкую резиновую поверхность и соединили из с турбогенератором, который смог преобразовать механическую энергию в электрическую. Для создания сухой и влажной среды исследователи использовали фен и контейнер с водой, а сам механизм был собран из конструктора Лего, магнита и катушки. При изменении уровня влажности воздуха резиновый лист, покрытый спорами, скручивался в круг, а затем распрямлялся, приводя генератор в движение.



Следующим этапом работы стало создание новых механизмов, работающих с помощью искусственных «мышц» с нанесенными на них спорами бактерий. Ученые назвали механизмы этого типа HYDRA от Hygroscopy Driven Artificial Muscles. Исследователи нанесли споры на гибкие ленты так, чтобы они не скручивались, а поднимались вверх: создание влажной среды открывало створки, которые выпускали водяной пар, и по мере выхода пара бактерии теряли жидкость, и створки закрывались.



Вторым механизмом стала крошечная машина, механизм движения которого похож на водяную мельницу. Исследователи расположили на колесе ленты с бактериями, причем половина колеса была помещена в контейнер с водой, а вторая половина оставалась на воздухе. Бактерии во влажной среде вбирали воду, увеличивались в объеме, на открытом пространстве теряли объем, покрытые ими ленты разворачивались и сворачивались, и колесо приводилось в движение.



Ученые полагают, что это удивительный феномен имеет огромны потенциал, так как он открывает возможность использовать всю мощь испарений воды и создать новый тип двигателя на возобновляемом источнике энергии — это могут быть и безопасные аккумуляторы на водной основе, и новые механизмы, использующие для генерирования энергии механизм испарения воды.

Исследователи подробно рассказывают о своем изобретении:

(https://www.youtube.com/watch?t=82&v=Vj2kuZm-aCA)