Consiguen transformar el movimiento molecular aleatorio en energía mecánica

Investigadores de la Universidad Libre de Berlín han desarrollado un método muy eficiente para transformar el movimiento aleatorio de una molécula en oscilaciones mecánicas de una palanca (oscilador), es decir, que permite transformar en energía el "ruido" del movimiento molecular. El avance supone un paso adelante en la fabricación de motores moleculares artificiales.

Procesos como el movimiento de los fluidos, la intensidad de las señales electromagnéticas, las composiciones químicas, etc., están sujetas a las fluctuaciones aleatorias que, normalmente, denominamos ‘ruido’. Este ruido es una fuente de energía que alimenta la evolución de fenómenos, tales como, el clima del planeta o la evolución de los sistemas biológicos. La naturaleza ha demostrado que es posible recolectar la energía de ese ‘ruido’.

El grupo de Nanoimagen en nanoGUNE, de San Sebastián (Guipúzcoa), coordinado por José Ignacio Pascual, ha centrado su estudio en una molécula de hidrógeno (H2). En su experimento han observado que el movimiento aleatorio – el ruido – de una molécula de hidrógeno entre dos posiciones puede causar el movimiento periódico de una ‘máquina mecánica’.

El grupo de científicos ha controlado el movimiento aleatorio de una molécula de hidrógeno que, de esta forma, induce golpes aleatorios sobre la palanca. Así, han observado que, al moverse, la palanca modula a su vez el movimiento de la molécula y ambas entran en sintonía, amplificando el efecto causado por los golpes de la molécula.

“Los empujones aleatorios de la molécula acaban empujando a la palanca periódicamente cuando esta se acerca a la molécula, como en un columpio”, explica José Ignacio Pascual. “El resultado es que la molécula más pequeña que existe, una molécula de hidrógeno, ‘empuja’ una palanca que tiene una masa ¡diez trillones de veces mayor!”, concreta Pascual.

El principio subyacente es una teoría matemática conocida como Resonancia Estocástica que describe cómo encauzar la energía de movimientos aleatorios en un movimiento periódico y que, por tanto, puede dar lugar a su aprovechamiento. En este caso, se utiliza el movimiento concertado de las fluctuaciones aleatorias del hidrógeno y el movimiento periódico de un oscilador mecánico para amplificar la transferencia de energía entre molécula y oscilador.

Para acoplar su movimiento, la molécula se confinó en un pequeño espacio entre una superficie plana y una punta afilada del microscopio de fuerza atómica (AFM). Este microscopio utiliza el movimiento periódico de la punta situada al final de un oscilador mecánico muy sensible para ‘sentir’ las fuerzas que existen en la nanoescala. 

Judith Tobeñas