PDF Basket
Oficjalnie Lydéric Bocquet jest ekspertem w dziedzinie nanofluidyki we francuskim Narodowym Centrum Badań Naukowych i École Normale Supérieure w Paryżu. Ale jeśli go zapytać, poda bardziej prozaiczną nazwę stanowiska.
„Jak by nie patrzeć, jestem hydraulikiem nieskończenie małych rzeczy” — mówi — „uważnie obserwuję płyny przepływające przez najmniejsze kanały, jakie można sobie wyobrazić”.
Nanofluidyka to granica, na której kontinuum mechaniki płynów spotyka się z dyskretną atomową naturą materii. „W nanofluidyce badamy zachowanie płynów, manipulowanie nimi i ich kontrolowanie — płynów, które są zamknięte w strukturach o rozmiarach od 1 do 100 nanometrów” — wyjaśnia Bocquet.
To setki razy mniej niż szerokość ludzkiego włosa. Zamknięte w tak małych strukturach płyny mają tendencję do zachowywania się inaczej, a nawet mogą wykazywać nowe właściwości, co przyciąga zainteresowanie badaczy takich jak Bocquet.
Nanofluidykę można również łatwo znaleźć w naturze, w tym w naszych własnych ciałach. Jak wyjaśnia Bocquet: „Od systemu filtracji naszych nerek po neurony i synapsy naszego mózgu, przykłady nanofluidyki można znaleźć wszędzie”.
Według Bocqueta, zrozumienie nanofluidyki jest kluczem do odtworzenia jej w zastosowaniach sztucznych — jest ot celem projektu SHADOKS, który został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. Kierowany przez Bocqueta projekt ma na celu nie tylko lepsze zrozumienie nanofluidyki, ale także wykorzystanie nowo odkrytej wiedzy do budowy maszyn jonowych.
Wydajność dwóch bananów dziennie
Maszyny jonowe to zasadniczo sztuczne urządzenia, które działają podobnie do ludzkiego mózgu. Niegdyś ograniczona do kart science fiction, koncepcja ta zaczyna stawać się rzeczywistością.
Jak wyjaśnia Bocquet, obliczenia nanofluidyczne mają na celu naśladowanie niesamowitej wydajności energetycznej mózgu w zakresie przetwarzania informacji. Dzięki miliardom neuronów połączonych bilionami synaps, mózg optymalizuje sposób przepływu informacji, unikając kosztownego i ciągłego przenoszenia danych między procesorem a pamięcią — typowego dla klasycznej architektury komputerowej.
„Mózg to superkomputer, który może być zasilany zaledwie dwoma bananami dziennie, a to oznacza, że jest znacznie bardziej wydajny niż jakikolwiek inny komputer” — dodaje Bocquet.
Projekt SHADOKS miał na celu opracowanie podstawowych komponentów komputerowych opartych na zasadach nanofluidycznych. Naukowcy stworzyli maszynę jonową zdolną do naśladowania wydajnego przepływu informacji w mózgu poprzez wykorzystanie jonów, które poruszają się w płynach i przenoszą oraz przechowują informacje.
„Jest to pierwsza cegiełka w gmachu, ale takie nanofluidyczne komputery obiecują niższe zużycie energii, plastyczność na poziomie sprzętowym i wiele nośników informacji” — zauważa Bocquet.
Gabinet nanofluidycznych osobliwości
W trakcie prac nad maszynami jonowymi Bocquet i jego zespół dokonali również kilku innych ważnych odkryć — nazywa je „gabinetem nanofluidycznych osobliwości”.
Jedno z takich odkryć dotyczy przepływu wody w nanokanałach opartych na węglu, takich jak nanorurki węglowe stosowane w sprzęcie sportowym, kamizelkach kuloodpornych i pojazdach. „Od dawna uważano, że woda zamknięta w nanorurce węglowej przepływa do 10 000 razy szybciej niż w przestrzeni nieograniczonej” — dodaje Bocquet.
W poprzednich eksperymentach Bocquet wykazał, że tarcie wody wzdłuż ściany nanorurki zachowuje się nietypowo. W trakcie projektu SHADOKS udało się jemu i jego zespołowi w końcu wyjaśnić dlaczego. „Okazuje się, że odpowiedzią jest niekonwencjonalny efekt tarcia kwantowego, który jest unikalny dla właściwości nanorurek węglowych” — wyjaśnia Bocquet.
Bocquet twierdzi, że ten związek między hydrodynamiką a fizyką kwantową otwiera drzwi do szerokiej gamy możliwych zastosowań, w tym sprzężenia transportu wody z transportem elektronicznym.
Dokopanie się do słodkowodnych źródeł
Kolejną pozycją w gabinecie Bocqueta jest zastosowanie nanofluidyki w odsalaniu i filtracji wody. „Ponieważ proponowane przez nas rozwiązanie wykorzystuje pola elektryczne zamiast ciśnienia, można je łatwo skalować, a tym samym może znacznie zwiększyć dostęp do słodkiej wody na całym świecie” — zauważa.
Złożono kilka patentów na nowy system filtracji/ odsalania oparty na nanofluidyce, a Bocquet zamierza uruchomić start-up, aby rozwinąć koncepcję w kierunku komercjalizacji.
Według Bocqueta, to odkrycie wraz z pracą nad maszynami jonowymi i innymi obszarami badań, jest dowodem na to, że projekt SHADOKS ustanowił nowy paradygmat w kontekście nanofluidyki. „Jestem przekonany, że przełomowe wyniki naukowe, które powstały w ramach tego projektu, doprowadzą do równie przełomowych innowacji w nadchodzących latach” — podsumowuje.