Первый шаг к настоящему nanopod’у сделан: команде ученых во главе с Алексом Зеттлом (Alex Zettl) из Национальной Лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) создан радиоприемник, состоящий из одной-единственной нанотрубки!

Про достижения Алекса Зеттла и его коллег мы не раз сообщали на нашем сайте – ранее ученым удалось создать полностью функционирующий мотор микронных размеров. И вот, теперь – новое достижение!

В это трудно поверить, но миниатюрное устройство полностью повторяет функции своего «большого собрата», т.е. включает в себя антенну, полосовой фильтр, усилитель и демодулятор. При этом радио ловит как FM так и AM волны частотой от 40 до 400 МГц. Фактически это нормальные «рабочие» частоты радиотрансляций.

В процессе испытаний устройства ученые «поймали» и прослушали музыку группы группы «Beach Boys», причем качество трансляции было достаточно хорошим.

Правда, на сегодняшний день Алекс и его коллеги не могут с легкостью «перестраивать» радио для того, чтобы прослушать что-то на другой волне, однако Зеттл и его коллеги уверены, что благодаря своей простоте и функциональности, а, главное – малым размерам, нано-радио займет свою нишу среди коммерческих продуктов.

Одно из видимых применений «радио» на основе нанотрубки – в современной медицине для мониторинга процессов, проходящих в кровеносной системе, и, в будущем – в медицинской наноробототехнике.

«Полностью функциональное радио может работать внутри живой клетки», – говорит Зеттл. «Представьте себе процесс передачи сигнала и информации напрямую в клетки мозга или мышц, либо радиоуправляемое устройство, работающее в потоке крови внутри сердца или сосудов».

По словам ученых не исключена возможность создания различных имплантов, позволяющих, к примеру, помочь людям со слуховыми проблемами.

Также нано-радио будет исключительно полезным в различных системах беспроводных коммуникаций. Это включает в себя дальнейшее развитие беспроводных технологий связи, говорит Алекс.

Рис. 1. История развития радиоприемников – от макро до нано

Нано-радио состоит из электрода, к которому прикреплена нанотрубка. На электрод от внешнего источника питания или от каскада солнечных батарей поступает постоянное напряжение, благодаря которому на конце нанотрубки создается отрицательный заряд. Нанотрубка вместе с электродом располагаются в колбе с вакуумом, поэтому антенна-нанотрубка легко осциллирует в присутствии электрических полей.

Все наноустройство ученые исследовали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа.

Ученые сперва думали создать сверхчувствительный сенсор, так как нанотрубка реагирует даже на воздействие нескольких аттоньютонов, однако в процессе работы выяснилось, что резонансная частота вибраций нанотрубки изменяется, если вблизи работает мобильный телефон или GPS-навигатор!

Так ученые узнали о том, что нанотрубку можно использовать в роли сверхчувствительной антенны. Но из-за существенных отличий в конструкции нано-радио принцип его работы не такой, как у «больших» аналогов.

Радиоволны, принимаемые нано-антенной, заставляют ее вибрировать, но это происходит только тогда, когда частота радиоволны совпадает с резонансной частотой изгибания нанотрубки-антенны. Таким образом, нанотрубка выступает еще и в роли тюнера, принимая радиоволны строго определенного набора частот.

Рис. 2. Симуляция нанотрубочной НЭМС

Свойства усиления и демодуляции происходят от специфической геометрии нанотрубки. Тонкий, как игла, конец нанотрубки при подаче на электрод постоянного напряжения генерирует электрическое поле, вызывающее ток эмиссии, а он достаточно чувствителен к механическим вибрациям нанотрубки. Так как поле генерируется внешним источником энергии, то возможно с его помощью усиление радиосигнала.

Демодуляция же возможна благодаря нелинейности процесса эмиссии поля, поэтому одна нанотрубка может и принимать, и усиливать и даже демодулировать AM/FM радиосигнал.

Алекс говорит, что созданное им нано-радио – первая реально работающая наноэлектромеханическая система – НЭМС. Ученые довольны, что им удалось сделать радио настолько компактным только потому, что они использовали гибридный принцип, вовлекающий механические колебания нанотрубки в работу устройства.

Свидиненко Юрий