所有機(jī)器都將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式 - 例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)將存儲(chǔ)在燃料中的能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)能量。由熱力學(xué)理論描述的那些能量轉(zhuǎn)換過程不僅發(fā)生在大機(jī)器的宏觀層面上，而且發(fā)生在驅(qū)動(dòng)肌肉或代謝過程甚至原子水平的分子機(jī)器的微觀層面上。 。盧森堡大學(xué)Massimiliano Esposito教授的研究小組研究了僅由少數(shù)原子組成的小納米機(jī)器的熱力學(xué)。在著名的科學(xué)期刊物理評(píng)論X上發(fā)表的一篇論文中，他們概述了這些小型機(jī)器如何協(xié)同運(yùn)作。他們的見解可用于提高各種機(jī)器的能效，無論大小。

納米技術(shù)的最新進(jìn)展使研究人員能夠以更小的尺度了解世界，甚至允許設(shè)計(jì)和制造極小的人造機(jī)器。“有證據(jù)表明這些機(jī)器比大型機(jī)器(如汽車)效率更高。但從絕對(duì)意義上說，與日常生活應(yīng)用相比，產(chǎn)量較低，”Esposito研究組博士生Tim Herpich解釋道。和論文的主要作者。“這就是為什么我們研究納米機(jī)器如何相互作用并觀察這些小型機(jī)器的組合如何表現(xiàn)的原因。我們想看看它們?cè)趨f(xié)同作用時(shí)是否存在協(xié)同作用。”

研究人員發(fā)現(xiàn)納米機(jī)器在某些條件下開始排列“群”，并使它們的運(yùn)動(dòng)同步。“我們可以證明機(jī)器的同步會(huì)引發(fā)顯著的協(xié)同效應(yīng)，因此整體能量輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)輸出的總和，”Esposito教授說。研究人員解釋說，雖然這是基礎(chǔ)研究，但本文概述的原則可能會(huì)用于提高未來任何機(jī)器的效率。

為了模擬和研究成群納米機(jī)器的能量行為，科學(xué)家們創(chuàng)建了基于現(xiàn)有文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)研究成果的數(shù)學(xué)模型。