پایان سلطنت آهنرباها؟ ساخت اولین موتور پلاستیکی جهان با استفاده از «مایعات فروالکتریک»

بیش از یک قرن است که تمام موتورهای الکتریکی در زندگی مدرن ما—از پنکه‌های رومیزی گرفته تا موتور خودروهای برقی—بر یک اصل واحد تکیه کرده‌اند: مغناطیس. مهندسان طی صد سال گذشته باور داشتند که نیروهای الکترواستاتیک (الکتریسیته ساکن) برای چرخاندن موتورهای قدرتمند بیش از حد ضعیف هستند و به همین دلیل، دنیای مهندسی تحت سلطه میدان‌های مغناطیسی و سیم‌پیچ‌های مسی بوده است.

اکنون اما تیمی از پژوهشگران در «موسسه علوم توکیو» (Institute of Science Tokyo) با کشف جدید خود، این فرض صدساله را به چالش کشیده‌اند. آن‌ها با استفاده از دسته‌ای خاص از مواد موسوم به «مایعات فروالکتریک» موفق شدند موتوری بسازند که نه نیازی به آهنربا دارد و نه روتور فلزی.

کشف نیروی پنهان

الکتریسیته معمولاً با ایجاد جاذبه بین بارهای مخالف حرکت ایجاد می‌کند، اما این نیرو در مواد معمولی قدرت کافی برای چرخاندن ماشین‌آلات را ندارد. با این حال، پژوهشگران دریافتند که میدان‌های الکتریکی می‌توانند نیروی جانبی (عمود بر ولتاژ اعمال‌شده) ایجاد کنند. در مواد عادی، این نیرو بسیار ناچیز است، اما در مایعات فروالکتریک، این اثر به شکلی غیرمنتظره قدرتمند می‌شود؛ به حدی که می‌تواند مایع را برخلاف نیروی جاذبه حرکت دهد.

پروفسور «سوزوشی نیشیمورا» (Suzushi Nishimura) و تیمش، با اعمال ولتاژ به این مایع که بین دو الکترود قرار داشت، مشاهده کردند که مایع حدود ۱۰ سانتی‌متر به صورت جانبی حرکت کرد. تحلیل‌های دقیق‌تر نشان داد که میدان الکتریکی باعث می‌شود مولکول‌های مایع در یک آرایش منظم قرار بگیرند و همان نیروی جانبی قوی را ایجاد کنند. این دستاورد، ایده ساخت موتوری بدون آهنربا را به واقعیت تبدیل کرد.

چرا این کشف اهمیت دارد؟

ساخت این موتور که از قطعات پلاستیکی (رزین) به جای فلز استفاده می‌کند، مزایای متعددی دارد:

• حذف فلزات کمیاب: بسیاری از موتورهای فعلی به آهنرباهای دائمی نیاز دارند که تولید آن‌ها به فلزات کمیاب و گران‌قیمت وابسته است. این فناوری جدید می‌تواند وابستگی به این منابع محدود را از بین ببرد.
• وزن سبک و پاسخ سریع: از آنجا که روتور (بخش چرخان) از پلاستیک ساخته می‌شود، دستگاه‌ها سبک‌تر شده و واکنش سریع‌تری خواهند داشت؛ ویژگی که در رباتیک و ماشین‌های ظریف بسیار حیاتی است.
• کارکرد در محیط‌های حساس: از آنجا که این موتور نیازی به میدان مغناطیسی ندارد، برای استفاده در تجهیزات پزشکی یا دستگاه‌های ذخیره‌سازی داده که نویز مغناطیسی در آن‌ها اختلال ایجاد می‌کند، بسیار ایده‌آل است.
• ایمنی و ولتاژ پایین: این موتور در ولتاژهای بسیار پایین‌تری نسبت به دستگاه‌های الکترواستاتیک قبلی کار می‌کند که آن را کاربردی‌تر و ایمن‌تر می‌سازد.

پروفسور نیشیمورا درباره این موفقیت می‌گوید: «این نیرو از نظر تئوری صد سال پیش پیش‌بینی شده بود، اما هیچ‌کس تا به حال آن را با چشم غیرمسلح ندیده بود. ایده ساخت روتور از پلاستیک در ابتدا دشوار به نظر می‌رسید، اما وقتی به داده‌ها اعتماد کردیم و موتور را ساختیم، واقعاً کار کرد!»

این پژوهش که نتایج آن در نشریه Communications Engineering منتشر شده، دریچه‌ای جدید به سوی نسل آینده موتورهای الکتریکی باز کرده است که سبک‌تر، ساده‌تر و مستقل از آهنربا هستند.