Сингапурские ученые из Центра квантовых инноваций A*STAR разработали левитирующий механический ротор миллиметрового размера, который после отключения внешнего привода продолжал вращаться более десяти часов. Это достижение стало возможным благодаря использованию эффекта диамагнитной левитации в сочетании с вращательной симметрией системы.
Ротор представляет собой графитовый диск, который удерживается в высоковакуумной камере над постоянными магнитами. Лазеры и электроды отслеживают его положение и управляют движением. Особенность разработки — рекордно низкие потери энергии. В отличие от предыдущих реализаций диамагнитной левитации, где движение ограничивалось вихревыми токами, здесь удалось подавить этот эффект за счет симметричного вращения: ротор на протяжении всего оборота находится в практически однородном магнитном поле. В результате потери энергии при вращении оказались примерно в 100 тысяч раз меньше, чем при горизонтальных или вертикальных смещениях. Коэффициент диссипации составил 3,85 микрогерца — это минимальный показатель для механических роторов подобного масштаба.
В ходе эксперимента ротор разогнали до 930 оборотов в минуту с помощью электростатических сил. В условиях высокого вакуума он сохранял вращение более десяти часов без дополнительного подвода энергии. Полученная стабильность позволила зафиксировать повороты платформы с угловой скоростью от 0,0065 градуса в секунду, что соответствует чувствительности гироскопов коммерческого класса. Согласно расчетам, дальнейшая доработка системы может вывести ее на уровень навигационных стандартов, необходимых для автономных подводных аппаратов и работы в условиях отсутствия GPS.
Разработка объединяет несколько характеристик, которые редко встречаются в одном устройстве: пассивную левитацию при комнатной температуре, высокие скорости вращения, малые габариты и минимальные потери энергии на миллиметровом масштабе. В перспективе команда планирует увеличить скорость ротора, повысить его стабильность и уменьшить размеры сопутствующего оборудования. Конечная цель — создание доступной сенсорной платформы для практического применения в навигации и других областях, требующих высокоточных измерений.
Читайте также: Ученые представили гибридную систему ИИ для повышения качества оптической связи