Akademik

Слово «актуатор» происходит от английского термина actuator – устройство или элемент какого-либо устройства, который может «действовать». Как правило, когда говорят об актуаторах, речь идет о механическом действии – например, о линейном перемещении или вращении. В микро- и наносистемах вместо электромагнитного принципа преобразования энергии, используемого повсеместно в макроэлектронике, часто используют пьезоэлектрический или электростатический эффекты.

К простейшим типам электрических актуаторов относятся электростатические устройства на основе плоскопараллельных конденсаторов. Тепловые актуаторы обычно создают, используя эффекты теплового расширения или деформации контакта двух материалов (часто – пары металл-диэлектрик) с разной величиной коэффициента линейного теплового расширения. Разогрев элементов производят, пропуская через них электрический ток или нагревая окружающую среду. Такие актуаторы могут развивать достаточно большие усилия, однако эффективность использования энергии в них весьма мала. И обычно не превышает 0,1%.

Химическое управление актуаторами может осуществляться при помощи изменения состава окружающей среды, ее кислотности и других факторов, в частности, света. В качестве специфической разновидности химических наноактуаторов можно рассматривать так называемые биологические молекулярные моторы. Примером такого мотора может быть фермент эндонуклеаза рестрикции EcoR124I. Это крошечное устройство способно выталкивать и втягивать стержень диаметром 2 нанометра, сделанный из молекулы ДНК, со скоростью почти 190 нанометров в секунду, а общее перемещение может достигать 3-х микрометров. Вместо «нанобатарейки» такой молекулярный мотор использует молекулы АТФ (АТФ - аденозин 5'-трифосфат) – источник энергии, используемый живыми клетками. Чтобы «включить» такой «мотор», нужно «впрыснуть» порцию молекул АТФ.

Другой молекулярный мотор - ATФ-синтетаза, предназначенный для синтеза или гидролиза молекул АТФ, а также для переноса протонов (Н⁺)через мембрану клетки. По эффективности работы и развиваемой силе АТФ-синтетаза существенно превосходит все известные в природе молекулярные моторы. Типичная сила, продуцируемая такой молекулярной турбиной, составляет около 1 пкН, а мощность – порядка 1 аВт (1·10^-18). Существует множество других наноактуаторов, созданных на основе биологических молекул, полимеров, кремния и других материалов.

• Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.
• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

1. K?hler M., Fritzsche W. Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques. - Weinheim: Wiley-VCH, 2004 - 272 pp.
2. Fennimore A.M., Yuzvinsky T.D., Wei-Qiang Han et al. Rotational actuators based on carbon nanotubes // Nature. - № 424, 2003 - P. 408-410
3. Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с.
4. Наноэлектромеханические системы / Сайт "Нанометр". URL: http://www.nanometer.ru/2008/12/21/nems_54998.html (дата обращения 22.10.2009)
5. Cornelius T. Handbook Techniques and Applications Design Methods; Fabrication Techniques; Manufacturing Methods; Sensors and Actuators; Medical Applications. - Springer, 2007 - 1350 p.
6. Poole C.P., Owens F.J. Introduction to Nanotechnology. - New Jersey: Wiley-interscience, 2003 - 388 p.
7. Микроэлектромеханические системы / Сайт "Нанометр" http://www.nanometer.ru/2008/12/18/nanoazbuka_54965.html (дата обращения 22.10.2009)