מודל חדש שפותח על ידי פרופסור יוסי אברון והחוקרים ד”ר בוריס גוטקין וד”ר דויד ועקנין מהפקולטה לפיסיקה בטכניון מגלה כי רובוטים זעירים השוחים בתווך קוונטי מסוגלים להניע את עצמם בלי לאבד אנרגיה. פרטים על המחקר התיאורטי התפרסמו בתחילת מרס בכתב העת Physical R
אבי בליזובסקי
מודל חדש שפותח על ידי פרופסור יוסי אברון והחוקרים ד”ר בוריס גוטקין וד”ר דויד ועקנין מהפקולטה לפיסיקה בטכניון מגלה כי רובוטים זעירים השוחים בתווך קוונטי מסוגלים להניע את עצמם בלי לאבד אנרגיה. פרטים על המחקר התיאורטי התפרסמו בתחילת מרס בכתב העת Physical Review Letters מדווח כתב העת “Science”.
מיקרואורגניזמים רבים שוחים על ידי שינוי צורתם. אחת המטרות של ננוטכנולוגיה היא ליצר רובוטים זעירים שיחקו את השחייה של מיקרואורגניזמים כאלה ויוכלו לנוע באופן מבוקר. בין האתגרים העומדים בפני הטכנולוגיה העתידית הזו הם חוקי הפיסיקה שמקבלים פנים אחרות וחדשות ככל שהשחיין קטן יותר. כאשר השחיין קטן מאד, למשל בגודל מולקולארי, חוקי הפיסיקה ששולטים עליו הם חוקי הפיסיקה הקוונטית בניגוד לחוקי הפיסיקה הקלאסית ששולטים על השחייה של מיקרואורגניזמים. בפיסיקה הקוונטית התווך הפיסיקאלי בו שוחים השחיינים חושף, בו זמנית, תכונות של גל ותכונות של חלקיק. כתוצאה מכך השחייה מקבלת תכונות מיוחדות.
החוקרים פיתחו מודלים מתמטיים של שחיינים השוחים בתווך של שדה קרינה, ושחיינים השוחים בתווך של אלקטרונים. למרות שעל קרינת האור מקובל לחשוב כגל ועל האלקטרונים כחלקיקים, במכאניקה קוונטית לאור יש תכונות חלקיקיות ולאלקטרון תכונות של גל ולכן יש מן המשותף בשני המקרים.
הרובוטים הדמיוניים של פרופסור אברון עשויים משרשראות של כדורים ומקלות המשנים את גודלם ואורכם באופן מחזורי – משהו שיש בו דמיון כלשהו לתנועות שחייה רגילות. החלקיקים בתווך הקוונטי, האלקטרונים למשל, מתפזרים מגוף השחיין כפי שאור מתפזר מעדשה או ממראה שקופה למחצה. בצירופים מסוימים של גדלים ואורכים (גדלי הכדורים ואורכי המקלות) הגלים המתפזרים על ידי הכדורים מתפשטים ומתנגשים זה בזה כך שהשחיין הופך שקוף, בדומה לכך שמטוס ההפצצה האמריקאי המתקדם, “החמקן”, אינו משאיר חתימת מכ”ם. בתצורות אלו, האלקטרונים מתפזרים מחלקי הרובוט באופן שהוא הופך להיות רואה ולא נראה.
אם הרובוט משנה את צורתו באופן מחזורי באופן שמקיף את נקודת “הרואה ואינו נראה” אזי, חישוב מתמטי מראה כי בכל “תנועת חתירה” נע השחיין מרחק השווה לכפולה של מחצית אורך הגל של האלקטרונים. אורך הצעד של השחיין נעשה “אטומי” במובן המקורי שהוא לא ניתן לחלוקה ומוכתב על ידי התכונות שגליות של התווך הקוואנטי. בנוסף הם גילו כי החוקים הקוונטיים מאפשרים לשחיין לנוע בלי לאבד אנרגיה.
רובוטים קוונטים כאלה הם עדיין בשלב של מדע בדיוני במובן שהטכנולוגיה לבנות אותם במעבדה עדיין אינה קיימת. אחת הסיבות שהניעו את הקבוצה לחקור את הנושא היא העניין הקונספטואלי ברצון להבין מה דומה ומה שונה בעולם הקוונטי מהעולם הקלאסי. סיבה נוספת היא פיתוח כלים של בקרה, תיאורטיים ומעשיים, בעולם הקוונטי. שחיינים קוונטים הם פרדיגמה של בעיית בקרה קוונטית. פרופסור אברון מוסיף: “אנחנו עוסקים במודלים מתמטיים, המאפשרים לחקור את תכונותיהם של רובוטים-שחיינים ולשפר את ביצועיהם באופן וירטואלי, מבלי לבנות אותם בפועל במעבדה”.
לאוניד לביטוב, תיאורטיקן מ-MIT, שנתבקש להעריך את העבודה סיכם באמרו: “תגלית יפה היא תכלית מספיקה לעבודה תיאורטית אפילו אם אין לה שימוש מידי”.
ידען הרובוטיקה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~432713187~~~175&SiteName=hayadan
