Мы привыкли, что электричество притягивает. Положительный и отрицательный заряды тянутся друг к другу — и именно на этом принципе, казалось бы, должны работать электростатические моторы. Но на практике эта сила слишком слаба для серьёзной работы. Поэтому почти все наши электродвигатели — от вентилятора в компьютере до мотора Tesla — на самом деле магнитные: электричество сначала создаёт магнитное поле, а уже оно крутит ротор.
Теперь всё меняется. Учёные из Токийского института науки (Science Tokyo) показали, что электричество может двигать объекты совсем иначе — не притягивая, а толкая вбок. И толкать очень мощно.
Жидкость, которая «понимает» электричество по-новому
В 2017 году исследователи открыли так называемую ферроэлектрическую жидкость. Она реагирует на напряжение гораздо сильнее обычных материалов. Но главное открытие сделали позже — специально назначенный профессор Судзуси Нисимура и его команда.
Они поместили эту жидкость между двумя электродами всего в несколько миллиметров друг от друга и подали напряжение. Результат поразил даже самих учёных: жидкость начала двигаться вбок, перпендикулярно линиям электрического поля, и прошла почти 10 сантиметров — вопреки силе тяжести. С обычными жидкостями такого не происходило никогда.
Более того, сила росла прямо пропорционально напряжению. В обычных материалах увеличение напряжения почти не даёт прироста боковой силы. Здесь же связь оказалась линейной и очень сильной.
Сила, которую 100 лет считали бесполезной
Теоретически эту боковую (shear) электростатическую силу предсказали ещё больше века назад. Но все считали её ничтожно малой и не стоящей внимания. Японские исследователи впервые показали: при правильных условиях она становится вполне рабочей и даже очень мощной.
Анализ показал, что электрическое поле выстраивает молекулы жидкости в упорядоченную структуру. Именно эта «стройная шеренга» и создаёт заметный боковой толчок.
Мотор из пластика
На основе открытия команда собрала прототип мотора, в котором нет ни магнитов, ни металлического ротора. Ротор сделали полностью из пластика. И он… закрутился. Без единого магнита. Без медных обмоток. Только электричество и специальная жидкость.
Это переворачивает привычные представления о том, как должны выглядеть электродвигатели.
Почему это важно
Новый принцип даёт сразу несколько серьёзных преимуществ:
- Не нужны редкоземельные металлы и магниты — критично в условиях дефицита ресурсов.
- Ротор можно делать из лёгкой пластмассы — двигатель получается легче и быстрее реагирует.
- Работает при значительно более низком напряжении, чем классические электростатические устройства — безопаснее.
- Не создаёт магнитных помех — идеально для медицинского оборудования и систем хранения данных.
«Наши эксперименты подсказывали, что ротор мотора, возможно, вообще не должен быть металлическим. Сначала в это было трудно поверить. Но мы доверились данным, сделали ротор полностью из пластика — и он действительно начал вращаться», — рассказывает профессор Судзуси Нисимура.
Пока это лабораторный прототип, но направление открыто. Если технологию доведут до серийного производства, нас ждёт новая генерация лёгких, компактных и энергоэффективных моторов для робототехники, носимых устройств, дронов и точной механики.
А ещё — яркое напоминание: иногда то, что сто лет считали «слишком слабым, чтобы иметь значение», оказывается ключом к совершенно новой технике.
Исследование опубликовано в журнале Communications Engineering.
