L’équipe de recherche du professeur Massimiliano Esposito de l’Université du Luxembourg a étudié la thermodynamique des petites nanomachines.
Toutes les machines convertissent une forme d’énergie dans une autre forme – par exemple, un moteur de voiture transforme l’énergie stockée dans le carburant en énergie cinétique. Ces processus de conversion énergétique, décrits par la théorie appelée thermodynamique, ne se déroulent pas uniquement au niveau macro des grosses machines, mais aussi au niveau micro des machines moléculaires qui stimulent les muscles ou les processus métaboliques et même au niveau atomique. L’équipe de recherche du professeur Massimiliano Esposito de l’Université du Luxembourg étudie la thermodynamique des petites nanomachines constituées uniquement de quelques atomes. Dans un article publié dans le prestigieux journal scientifique Physical Review X, ils exposent comment les petites machines se comportent de concert. Leurs observations pourraient être utilisées pour améliorer l’efficacité énergétique de toutes sortes de machines, grosses ou petites.
Les progrès récents des nanotechnologies ont permis aux chercheurs de comprendre le monde dans des échelles toujours plus petites et rendent même possible la conception et la fabrication de machines artificielles extrêmement petites. « Il est prouvé que ces machines sont bien plus efficientes que les grosses machines comme les voitures. Et pourtant en termes absolus, leur rendement est faible par rapport aux besoins que nous avons dans les applications de la vie quotidienne, » explique Tim Herpich, doctorant au sein du groupe de recherche du professeur Esposito et l’auteur principal de l’article. « C’est pourquoi nous avons étudié comment les nanomachines interagissent les unes avec les autres et comment se comportent les ensembles de ces petites machines. Nous voulions voir si des synergies se créent lorsqu’elles agissent de concert. »
Les chercheurs ont découvert que dans certaines conditions, les nanomachines commencent à s’organiser en « essaims » et synchronisent leurs mouvements. « Nous avons pu démontrer que la synchronisation des machines déclenche des effets de synergie significatifs, de telle sorte que le rendement énergétique de l’ensemble est bien plus important que la somme des rendements individuels, » a déclaré le professeur Esposito. Bien qu’il s’agisse de recherche fondamentale, les principes exposés dans l’article pourraient potentiellement être utilisés pour améliorer l’efficience de toutes les machines à l’avenir, explique le chercheur.
Afin de stimuler et d’étudier le comportement énergétique des essaims de nanomachines, les scientifiques ont créé des modèles mathématiques fondés sur la documentation existante et les conclusions de la recherche expérimentale.