Hiekanjyvää pienempi sähkömoottori . Niin kevyt, että se katoaa ilmaan pudotettaessa. Niin hauras, että se taipuu pelkästään koskettamalla sitä työkalulla. Silti se on niin kiehtova, että sen valmistaminen vaati kuukausien huolellista työtä koko insinööritiimiltä, kelloseppän työkaluja ja valtavaa kärsivällisyyttä.
Sisällysluettelo
Sen koko on vain 0,4 tuhannesosaa kuutiomillimetriä , mikä tekee siitä paljaalla silmällä näkymättömän ja maailman pienimmän käsintehdyn sähkömoottorin.
Chromonova Engineering -yhtiön luoma moottori on kunnianosoitus legendaariselle McLellan-moottorille . Vaikka tämä kokeilu ei ole vielä saavuttanut täyttä toimintakykyä, se avaa ikkunan tulevaisuuden käsintehtyyn nanoelektroniikkaan, jossa suuret ideat toteutuvat pienessä mittakaavassa.
Tehtävä, joka sai alkunsa vuonna 1959 ja inspiroi edelleen
Maailman pienimmän moottorin historia alkoi fyysikko Richard Feynmanin provokatiivisella lauseella hänen kuuluisassa luennossaan ”Siellä alhaalla on paljon tilaa” (1959). Feynman lupasi palkkion sille, joka pystyy rakentamaan sähkömoottorin, joka mahtuu kuutioon, jonka sivu on 1/64 tuumaa (noin 0,4 mm).
Haasteen otti vastaan William MacLellan, joka ilman muuta apua kuin omaa kekseliäisyyttään ja tavallisia työkaluja onnistui rakentamaan sen vapaa-ajallaan. Saavutus hämmästytti tiede- ja teknologiayhteisöä, eikä sitä ole koskaan toistettu … tähän päivään saakka.
Tämän innovatiivisen moottorin innoittamana Chromonova Engineeringin asiantuntijat päättivät jäljentää sen käyttäen samanlaista lähestymistapaa: perustyökalut, poikkeuksellinen tarkkuus ja nolla automaatio. Tulos on yhtä vaikuttava kuin pettymys: roottori, neljä sähkömagneettia, alusta ja ohjauspiiri – kaikki on koottu mikroskooppisessa mittakaavassa ja mikroskoopin alla.
”Tämän videon aikana on mielestäni tärkeää muistaa, kuinka pieni tämä moottori on. Kuvasin lähes kaiken mikroskoopilla, joten se on helppo unohtaa”, kanavan insinööri selittää.
Jokainen moottorin valmistusvaihe oli taistelua fysiikan lakien ja materiaalien haurauden kanssa. Esimerkiksi roottori on ihmisen hiuksen paksuinen (90 mikronia), ja sen käsittelyyn tarvittiin erityisiä mikrotyökaluja ja improvisoituja menetelmiä, joissa käytettiin ruiskuja ja alkoholitippoja, jotta osia ei menettäisi.
Yksi vaikeimmista tehtävistä oli elektromagneetin kelojen käämitys hiuksia ohuemmalla langalla. Sitä oli mahdotonta pitää käsin: se olisi katkennut, sotkeutunut tai yksinkertaisesti kadonnut. Ratkaisuun kuului erityisen messinkisen ohjainosan valmistus, erityisten tukien suunnittelu ja liiman levittäminen hammastikkujen tai ihonalaisiin injektioihin tarkoitettujen neulojen avulla jokaisen kierroksen varmistamiseksi.
Toimiiko se? Kyllä, mutta pienin vivahtein
Prosessi ei sujunut ilman pettymyksiä. Monet roottorit lensivät pois asennuksen yhteydessä ja katosivat lopullisesti. Toiset eivät magnetoituneet kunnolla tai menettivät magnetointinsa joutuessaan kosketuksiin kelojen sähkömagneettisten kenttien kanssa.
”En voinut hengittää leikkauksen aikana, koska käteni eivät olleet tarpeeksi vakaita. Mutta voin pidättää hengitystä vain 40 sekuntia, mikä ei riitä roottorin turvalliseen siirtämiseen.”
Vaikka ensimmäinen lopullinen malli ei vielä voi pyöriä kuten tavallinen moottori, se reagoi sähkömagneettien aktivointiin ja osoittaa, että rakenne on toimiva magneettikentän kannalta. Roottori kelluu öljykalvolla mikroskoopin kristallien välissä, mikä mahdollistaa sen minimaalisen liikkeen, vaikkakin riittämättömän, jotta sitä voitaisiin pitää täysin onnistuneena.
Osa ongelmasta johtui sopimattomien materiaalien käytöstä, kuten esimagnetoidusta alnikosta, joka hajosi käsiteltäessä. Tutkijat löysivät kuitenkin yllättävän ratkaisun käyttämällä suoraan rikkoutunutta materiaalia ja magnetoimalla sen koskettamalla sitä neodyymimagneetilla.
”Se ei ollut aivan se ‘eureka’-hetki, jota toivoin, mutta rehellisesti sanottuna ajattelin jonkin aikaa, että kaikki menisi paljon huonommin”, myöntää keksijä brittiläisellä huumorilla.
V12 tai pienin roottorimoottori: pienten moottori universumi
Chromonovan uusi ennätys täydentää uskomattomien luomusten joukkoa, kuten maailman pienin V12-moottori , täysin toimiva ja paineilmalla toimiva , vain 30 millimetrin pituinen; ja pienin koskaan valmistettu Wankelin roottorimoottori , vain 5 senttimetrin kokoinen tarkkuuden ihme .
Mutta toisin kuin nämä moottorit, jotka liikkuvat silmin nähden sujuvasti, mikroelektromoottorin tehtävä on aivan eri luokkaa: täällä ei ole tilaa inhimillisille virheille, edes silmänräpäyksille. Tämä on alue, joka leikittelee nanoteknologian kanssa ja asettaa haasteita, jotka jopa Feynmanin mielestä olisivat tuolloin vaatineet uusien teknologioiden keksimistä.
Chromonova Engineeringin saavutus, joka on dokumentoitu vaihe vaiheelta heidän YouTube-kanavallaan, ei vain kunnioita William MacLellanin perintöä, vaan herättää myös mielenkiintoisia kysymyksiä elektronisten komponenttien miniatyrisoinnin ja käsityön tulevaisuudesta. Kuinka pitkälle voimme mennä tarkkuudella, kärsivällisyydellä ja luovuudella?
Versio 2.0 moottorista on jo kehitteillä . Ja kuka tietää, ehkä jonain kauniina päivänä, ei niin kaukana tulevaisuudessa, nämä mikroskooppiset moottorit löytävät todellisen sovelluksensa lääketieteellisissä laitteissa, antureissa tai mikroroboteissa. Toistaiseksi voimme vain ihailla ihmisen taitoa ja tarkkuutta, joka pystyy luomaan jotain pienempää kuin hiekanjyvä… mutta täysin merkityksellistä.
