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机器可以将一种形式的能量转换成另一种形式的能量——例如，汽车发动机将储存在燃料中的化学能转化为动能。这些被热力学定律描述的能量转换过程，不仅发生在宏观层面的大型机器中，也会发生在微观层面的分子机器（驱动肌肉或代谢过程）中。《物理评论X》（Physical Review X）报道，卢森堡大学的马西米里亚诺•埃斯珀西托（Massimiliano Esposito）教授领导的研究团队，研究了由少量原子组成的小型纳米机器的热力学机制。通过分析这些小型机器的协同工作原理，可为提高其他机器的能源效率提供借鉴。
高速发展的纳米技术使研究人员能够以微观视角认识世界，也使微型机器的设计和制造成为可能。论文作者、埃斯珀西托教授的博士研究生蒂姆•赫皮奇（Tim Herpich）说：“据调查，微型机器的效率远高于汽车等大型机器。然而就绝对值而言，与人们在日常生活中的需求相比，其效率产出还是较低。因此，这促使我们对纳米机器的相互作用展开研究，希望了解它们在协同工作时，是否会产生协同效应。”
为了模拟并研究纳米机器协同工作时的能量行为，赫皮奇等建立了相关数学模型。他们发现，在一定条件下，纳米机器开始“集群”排列并同步工作。埃斯珀西托教授说：“我们证实，纳米机器在同步时会产生显著的协同效应，因此纳米机器集群整体的总能量输出远高于单个机器输出的简单加和值。” 埃斯珀西托等认为，虽然研究还处于基础阶段，但论文中概述的原理可能在未来被用于提高任何机器的效率。
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编译：雷鑫宇
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《物理评论X》
期刊编号：2160-3308
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