Un experimento mental de 150 años de antigüedad llevó a un grupo de científicos canadienses de la Universidad Simon Fraser (SFU) a desarrollar un motor notablemente rápido que funciona con un combustible único: la información.
El motor, que fue revelado en Proceedings of the National Academy of Sciences, convierte el movimiento aleatorio de pequeñas partículas en energía almacenada y tiene el potencial de mejorar drásticamente la velocidad y la eficiencia de las computadoras y la bio-nanotecnología.
¿Qué es exactamente un motor de información?
Estamos acostumbrados a pensar en los motores como dispositivos que usan gasolina y nos ayudan a conducir nuestros vehículos, por lo que es posible que un motor alimentado por información no suene ninguna campana. Este concepto es descendiente de un experimento mental realizado hace 150 años por el famoso físico James Clerk Maxwell. Maxwell se preguntó qué pasaría si pudiera examinar un sistema pequeño y exacto y rastrear sus alteraciones microscópicas a medida que se movía debido a las moléculas de aire o agua que lo rodeaban. ¿Podríamos explotar y controlar ese movimiento para convertir la información en «trabajo»?
«Ese es el tipo de datos que estamos buscando», dijo el profesor de física de SFU y autor principal, el profesor John Becheefer, en un video publicado en el sitio web de la universidad. «Queríamos ver qué tan rápido podía ir un motor de información y cuánta energía podía extraer, así que construimos uno».
Tiene la capacidad de crear una potencia que es «comparable a la maquinaria molecular de las células vivas».
Su motor de información es una pequeña «perla» de partículas sumergida en agua. Está vinculado a un resorte, que está acoplado a un escenario móvil. Según un comunicado de prensa de la universidad, debido a que una partícula es demasiado pequeña para estar atada a un resorte, los investigadores usaron una trampa óptica, que utiliza un láser para ejercer una fuerza sobre la partícula que imita el resorte y la etapa.
El movimiento térmico hace que la partícula rebote hacia arriba y hacia abajo, lo que los investigadores observaron mientras servía como demonio de Maxwell. En el experimento mental de Maxwell, un demonio abriría una puerta entre dos cámaras de gas, guiando las moléculas de gas que se mueven rápidamente hacia una y las más lentas hacia la otra. Cuando los investigadores detectaron un rebote hacia arriba en su estudio, empujaron el escenario hacia arriba en respuesta y esperaron un rebote hacia abajo.
Al repetir este movimiento, levantaron la partícula sin tirar físicamente de ella, almacenando así una cantidad considerable de energía gravitatoria. «Esto termina elevando todo el sistema usando solo información sobre la posición de la partícula», dice el estudiante de doctorado Tushar Saha, quien participó en el trabajo.
Los investigadores también descubrieron un intrigante equilibrio entre la masa de las partículas y el tiempo promedio que tarda una partícula en rebotar. «Si bien las partículas más grandes pueden almacenar más energía gravitacional, también tardan más en ascender», explicó el estudiante de maestría en ciencias Joseph Lucero.
Los investigadores fueron capaces de conseguir que el sistema produjera suficiente energía que es «similar a la maquinaria molecular de las células vivas», con «velocidades comparables a las de las bacterias que nadan rápidamente», y la potencia y la velocidad obtenidas superaron a los motores informados anteriormente en al menos un orden de magnitud, según el becario postdoctoral Jannik Ehrich.
Desde un experimento mental concebido hace 150 años hasta su implementación real, será fascinante observar qué tipo de aplicaciones surgen de los motores alimentados por información en el futuro, particularmente en computadoras y bio-nanotecnología.
