Extraer energía de las moléculas, para funcionar motores

Procesos como el movimiento de los fluidos, la intensidad de las señales electromagnéticas y la composición química están sujetos a fluctuaciones aleatorias que se conocen como ruido. Se sabe que se puede recolectar la energía procedente de este ruido, ya que en la naturaleza se dan procesos en los que eso ocurre.

Ahora, un equipo de científicos liderados por el español José Ignacio Pascual, responsable del grupo de nanoimagen del centro nanoGUNE de San Sebastián, ha descubierto que el movimiento aleatorio –el ruido– de una molécula de hidrógeno puede causar el movimiento periódico de un oscilador mecánico. Los resultados se publican esta semana en la revista Science.

“Esto significa que la molécula más pequeña posible, la de hidrógeno, está ‘empujando’ un oscilador diez trillones de veces más masivo”, explica Pascual.

Se utilizó un microscopio de fuerza atómica

El experimento se desarrolló encerrando la molécula en el pequeño espacio entre una superficie plana y la punta afilada de un microscopio de fuerza atómica. Este microscopio utiliza el movimiento periódico de una punta situada en el extremo de un oscilador mecánico muy sensible. El movimiento aleatorio de la molécula ejerce fuerza contra la punta, haciendo que oscile.

La oscilación de la punta, a su vez, modula el movimiento de la molécula de hidrógeno. Esto da lugar a una «danza» sincronizada de ambas, en la que la punta se mueve en su oscilación a distancias más largas que el tamaño de la molécula, usando la energía extraída del ruido.

Para inducir el movimiento de la molécula de hidrógeno, Pascual señala que “se hicieron pasar corrientes eléctricas a través de la molécula”, y añade que nada hace pensar que no pudieran usarse “otras fuentes de energía para generar estas fluctuaciones, como por ejemplo la luz”.

Según Felix von Oppen, otro de los autores del trabajo, “un aspecto prometedor de los resultados es que podrían ser considerados en el diseño de motores moleculares artificiales que extraerían la energía de ambientes con ruido”. 

Referencia bibliográfica:

Christian Lotze, Martina Corso, Katharina J. Franke, Felix von Oppen, Jose Ignacio Pascual. «Driving a Macroscopic Oscillatorwith the Stochastic Motionof a Hydrogen Molecule». Science. DOI: 10.1126/science.1227621