Энциклопедический словарь нанотехнологий - актуатор

Термин на английском

actuatorСинонимы

исполнительное устройство, актюаторАббревиатуры

Связанные термины

"умные" материалы, биологические моторы, биомедицинские микроэлектромеханические системы, ДНК, клетка, лаборатория на чипе, микроэлектромеханические системы, многофункциональные наночастицы в медицине, олигонуклеотидОпределение

Исполнительное устройство или его активный элемент, преобразующий один из видов энергии (электрической, магнитной, тепловой, химической) в другую (чаще всего в механическую), что приводит к выполнению определенного действия, заданного управляющим сигналом.Описание

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 микрои 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.

МЭМС НЭМСРазделы

Молекулярные моторы

Микро(нано)электромеханические системы (MEMS/NEMS)

Микромеханические системы, наноприводы, наноманипуляторы

Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства

Системная интеграция нано/микро/макро структур, наноэлектромеханические системы, манипуляторы и актуаторы, нанотехнологии в робототехнике

Молекулярная электроника и устройства на ее основе