粒子运动的能量哪里来呢？

布朗运动棘轮永动机，研究的人很多，成果也很多。

那不是浪费了一半能量？，弄个往复式连杆多香

热运动很均匀，不会造成单向转动

这个应该能成功，因为这跟太阳能一样不该算成是永动机范畴内，温度越高布朗运动越激烈！也类似竖置风扇一样哪里来风它都随转。以前有个吧友的树叶发电的缩小版呗。

失败的谢谢。

永动不是永动机，产生能量才是永动机。

布朗运动定向棘轮——二类永动机
布朗运动是一种肉眼可见的现象，通过实验视频可知，可以推动花粉等微小的粒子在水面上不规则运动的。
设计装置有一个极为灵敏的棘轮。（棘轮，是一种只能向一个方向转动的机构）热运动时，粒子不规则撞击棘轮的叶片，在某一时刻，可能左边有100个粒子撞击，而叶片右边只有95个粒子撞击，就在这一瞬间，产生了力量不平衡，于是就可以推动叶片向右运动。
而反过来，左95右100时，由于棘轮只能单向运动，这时候棘轮是不动的。于是，在持续撞击下，棘轮就可以一直转动，然后推动减速器，再推动微型发电机，以此就可以发电。

上图为布朗棘轮永动机的示意

费曼棘轮
费曼棘轮（又称布朗棘轮）是一种基于分子涨落现象的理论模型，最初由波兰物理学家玛丽安·斯莫卢霍斯基于1912年提出，后因费曼在1962年的讲座中推广而广为人知45。该模型通过棘轮-掣爪机构将分子的随机布朗运动转化为定向运动，看似能实现“永动机”，但实际被证明需满足特定热力学条件才能避免违反热力学第二定律24。
在生物学领域，费曼棘轮原理被用于解释某些分子转运机制。例如：
线粒体蛋白转运：前体蛋白通过布朗运动进入线粒体内膜时，热休克蛋白70（mhsp70）与N-导肽结合形成“棘轮效应”，防止蛋白回溯，实现定向转运5；
RNA聚合酶终止机制：转录过程中酶的回溯现象可通过类似棘轮的机制调控，微弱外力即可影响延伸或终止4；
尘埃等离子体实验：通过设计不对称等离子体环境，微米级尘埃颗粒的随机运动被整流为定向输运，验证了该原理在非平衡系统中的适用性6。

Cell Rep | 爱丁堡大学团队解析 RNAPI 转录终止机制X-Omics纳米操控:光学物质“布朗式棘轮”澎湃新闻客户端
该模型的现代应用表明，其核心思想——通过不对称结构将随机能量转化为定向功——在生物物理和纳米技术中具有重要价值56。

纳米马达
德国科学家制造的产品
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纳米马达是由遗传物质制成的分子马达，可将电能转换为动能。
2022年7月，德国科学家在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们首次成功研制出该马达。该马达采用噬菌体单链DNA与人工DNA混合折叠成三角形平台结构，中央设置杆状旋臂实现旋转功能，通过施加电场可实现开关控制及转速精确调节 [1-2] [4]。
该马达通过布朗运动驱动旋转，平台凸起产生棘轮效应使旋臂倾向单向运动。施加交流电场可改变能量格局，通过闪烁布朗棘轮机制实现持续定向旋转，并能通过电极位置控制旋转方向。其具备能量储存与机械传动功能，未来或应用于驱动化学反应及药物递送 [1-2] [4]。
学界还研发出光驱动纳米马达等类型，采用聚合物囊泡负载金纳米粒子结构，通过近红外激光实现光热驱动，运动速度达125μm/s。微纳米马达推进机制包括气泡推进、自泳推进等，可应用于生物传感、癌症治疗等领域
网址：
https://baike.baidu.com/item/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E9%A9%AC%E8%BE%BE/61769572?fr=aladdin
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分子马达，细胞蛋白马达如果是利用，人摄取的能量转化，不违背热力学第二定律。
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但是这些马达是利用了分子布朗运动，棘轮的单向性，是利用单一热源，就违背了热力学第二定律，属于二类永动机范畴。

研究该问题的人很多，如下网上的论文：
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.布朗马达的动力学研究
为揭示分子马达定向运动的机制,人们将分子马达简化为受热噪声和外部非平衡涨落的驱动在空间反演非对称周期势中运动的一个布朗马达.该文从时间,空间,分子马达的内部结...
王海燕 - 北京师范大学被引量: 0发表: 0年
作者：
王海燕
摘要：
为揭示分子马达定向运动的机制,人们将分子马达简化为受热噪声和外部非平衡涨落的驱动在空间反演非对称周期势中运动的一个布朗马达.该文从时间,空间,分子马达的内部结构以及环境等几个方面,深入研究了布朗马达的动力学行为.第二章研究布朗马达在二维棘轮势中的非平衡输运,通过将非输运自由度积分消除,提出了一个与温度有关的自由能棘轮模型,在该模型下,研究了布朗马达的流,效率... 查看全部>>
关键词：
布朗马达 棘轮势 流 反常扩散 Lévy飞行
学位级别：
博士
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反馈耦合布朗棘轮的定向输运研究
本论文主要介绍了布朗棘轮的研究背景及意义,分子马达的发展历程、分类、结构及其功能。详细介绍了噪声背景下布朗运动的动力学理论、朗之万方程及闪烁势模型。计算了...
王莉芳 - 沈阳师范大学被引量: 1发表: 2013年
王莉芳
摘要：
布朗棘轮是利用时间或空间的不对称性将热涨落整流为定向输运的非平衡系统,其定向输运机制不仅对于生命科学的研究具有非常重要的意义,并已成为物理学、生物学、纳米技术等领域中的热点研究问题。本论文通过对朗之万方程的数值求解,讨论了无外力与存在外力时,分别处在单阱棘轮势与双阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运性能。本论文主要介绍了布朗棘轮的研究背景及意义,分子马达的发展历程、分类、结构及其功能。详细介绍了噪声背景下布朗运动的动力学理论、朗之万方程及闪烁势模型。计算了耦合布朗粒子定向输运的平均速度,平均有效扩散系数D eff及Pe数。分析了弹簧长度、噪声强度、外力、势阱不对称参数及耦合强度等模型参量对反馈耦合布朗棘轮定向输运性能的影响,并对不同势阱中的结果进行分析与比较。研究结果表明,在无外力情况下,相同噪声强度下,双阱棘轮势中耦合布朗粒子的平均速度较大,说明双阱势中粒子的定向输运较强。在外力作用下,耦合粒子的平均速度随外力呈周期性的变化,并且双阱势中,存在势阱不对称参数的最优值使Pe数达到最大。在周期力驱动下,耦合布朗粒子的平均有效扩散系数D eff随噪声强度的增加而增大。这表明温度越高,粒子越容易扩散。
收起
关键词：
耦合布朗棘轮 热噪声 反馈控制 定向输运 双阱棘轮势 coupled Brownian ratchets thermal noise feedbackcontrol directed transport double-well ratchetpotential
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交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究
为探究生物分子马达的输运特性,根据不同的实际运行环境人们提出了不同理论模型,通过研究不同棘轮中布朗粒子的运动,不但可以了解布朗马达产生定向运动的机制,找到其定向...吕明涛 - 沈阳师范大学
被引量: 0发表: 0年
作者：
吕明涛
摘要：
在过去几十年的研究中,生命体内生物分子马达定向运输现象研究引起了学者们的极大兴趣。分子马达在生物体内普遍存在,且种类繁杂功能不一,有些分子马达能够将生物体需要的细胞质以及营养物质输运至特定位置,也有一些分子马达扮演着信息传输的角色。这些分子马达在生物体内对能量的利用效率极高,能够大大缩减能量转换和利用过程,马达的这一特点使其在遗传物质传递和跨膜运输方面有很大优势,因此马达的能量转化机制是该领域的研究热点。通常,生物分子马达尺度大小为纳米量级,因此人们可以把处于运动环境中的分子马达模拟为布朗粒子,人们能够通过研究布朗粒子在热浴环境中的运动过程来研究分子马达的性质。为探究生物分子马达的输运特性,根据不同的实际运行环境人们提出了不同理论模型,通过研究不同棘轮中布朗粒子的运动,不但可以了解布朗马达产生定向运动的机制,找到其定向输运的最优条件,还能够提高棘轮对输入到系统中能量的有效利用。目前,关于分子马达能量的研究仍然有很多问题尚未解决,尤其是交流驱动下无负载时的输运效率问题。本文根据热浴环境的特点,讨论了过阻尼环境中简谐力作用下分子马达的定向输运流以及斯托克斯效率问题,并深入分析了外势的结构、外偏置力振幅及热噪声强度等对棘轮定向输运的影响。研究发现,在一定范围的外势不对称性作用下,棘轮能够产生反向输运。同时,在合适的空间不对称度下,布朗棘轮的负向几率流可达到最大,并且当外偏置力振幅为某一合适值时,粒子的输运能够获得提高。研究还发现,在适当的势垒高度条件下布朗棘轮的斯托克斯效率能够得到提高,从而增强了粒子克服粘滞阻力产生定向输运的能力。本文的研究结果不但可以启发实验上人们设计不同类型的棘轮以增强粒子的定向输运,明确影响粒子定向运动的成因,而且还能为提高布朗粒子的输运效率及医学上的药物输送和纳米尺度的微观器件的控制与研发提供一定的理论基础。
收起
关键词：
输运性能 几率流 斯托克斯效率
学位级别：
硕士
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耦合布朗马达的定向运输研究
本文从分子马达结构,周期势的,非平衡热涨落等几个方面,深入分析了分子马达的输运机制.首先我们研究了分子达的构造及其所处环境.分子马达能够进行主动运输且输运效率...
冯玉宇 - 《西北农林科技大学》
被引量: 1发表: 2015年
作者：
冯玉宇
摘要：
物质和能量输运之间的关系一直是人们孜孜不倦在探寻的重点问题之一.在诸多输运现象中,生命活动中外力效果为零甚至是无外力的主动输运引起了学者广泛的注意.本文的研究受启发于生物体内一些蛋白能直接将ATP的化学能转化为机械能,无需经过热能的中间态,由这些蛋白进行的能量转化,其效率率远远超过了人造系统,我们称这类蛋白质为分子马达.分子马达在生命体内广泛存在,并行使着自身特定的职能,研究发现是这些分子马达的存在使得生命体的主动运输成为可能.人们准确分析了分子马达所处的环境,将分子马达简化为在空时非对称周期势中,受外部非平衡热涨落影响的布朗马达,从而模拟出生物体生命活动的机理.本文从分子马达结构,周期势的,非平衡热涨落等几个方面,深入分析了分子马达的输运机制.首先我们研究了分子达的构造及其所处环境.分子马达能够进行主动运输且输运效率之高,与其自身结构息息相关.在实验分析驱动蛋白,动力蛋白,肌球蛋白这三类分子马达蛋白的结构和在生物体运动的机理,再从物理学角度分析,将其视作处于棘轮势中的布朗粒子,分析其机械化学性质,并介绍如何实现了对分子马达从生物学向物理学的跨越.其次分了在噪声影响下粒子的输运,利用噪声谐振子严格可解的特点,对产生简谐噪声的坐标项和产生简谐速度噪声的速度项进行分析,解出能够反映噪声性质的关联函数,从而很好的模拟出对分子马达输运产生影响的非平衡热涨落.其次,通过对各种分子马达模型进行分析,对于分子马达的研究从一维的棘轮势着手,分别研究了粒子体系仅仅受棘轮势惯性影响,以及在添加外部非高斯噪声后,粒子体系受棘轮势惯性影响和噪声影响下,粒子体系的输运机制.对模型进行拓展,在二维的棘轮势中,分子马达仅仅受棘轮势和受棘轮势和噪声共同影响下,粒子体系的输运机制.最后,基与对粒子间存有相互作用的考虑,可以将分子马达看做是耦合的布朗粒子,考虑耦合分子马达受棘轮势和噪声影响下,粒子体系的输运机制.本文从时间,空间,分子马达内部结构以及马达所处环境等几个方面,简单的介绍了分子马达定向输运的产生机制,建立了较为完善的分子马达模型,深入的对分子马达输运机制进行了探讨.获得了各种最佳的参数,这些参数有助于指导以后纳米机器的制备,以及单分子操纵技术参数的选取,通过适当的调整参数还可以有效的实现粒子流的增强,抑制和反转,为进行粒子筛选参数的选取提供了依据.
收起
关键词：
分子马达 噪声 棘轮势 输运机制
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周期形变结构中布朗粒子的非平衡定向输运
本论文研究的主要内容是在不同的模型中,布朗粒子定向输运特性.首先在前言中我们对分子马达的研究现状和意义进行了综述;然后在第一章中对处理布朗马达问题的随机动力学...
黄小群 - 华南师范大学被引量: 0发表: 2013年
作者：
黄小群
摘要：
本论文研究的主要内容是在不同的模型中,布朗粒子定向输运特性.首先在前言中我们对分子马达的研究现状和意义进行了综述;然后在第一章中对处理布朗马达问题的随机动力学的具体问题做了简要的阐述,重点介绍了布朗运动的两种描述:(1)类似牛顿力学方程的朗之万方程;(2)具有系统统计性质的福克-普朗克方程.在朗之万方程中随机力的引入加大对方程解释求解的难度,甚至不可能得到解... 查看全部>>
关键词：
布朗粒子 变形势 变形管 粒子流
学位级别：
硕士
学位年度：
2013
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布朗马达的动力学研究
为揭示分子马达定向运动的机制,人们将分子马达简化为受热噪声和外部非平衡涨落的驱动在空间反演非对称周期势中运动的一个布朗马达.该文从时间,空间,分子马达的内部结...
王海燕 - 北京师范大学被引量: 0发表: 0年
作者：
王海燕
摘要：
为揭示分子马达定向运动的机制,人们将分子马达简化为受热噪声和外部非平衡涨落的驱动在空间反演非对称周期势中运动的一个布朗马达.该文从时间,空间,分子马达的内部结构以及环境等几个方面,深入研究了布朗马达的动力学行为.第二章研究布朗马达在二维棘轮势中的非平衡输运,通过将非输运自由度积分消除,提出了一个与温度有关的自由能棘轮模型,在该模型下,研究了布朗马达的流,效率... 查看全部>>
关键词：
布朗马达 棘轮势 流 反常扩散 Lévy飞行
学位级别：
博士
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活性布朗粒子的熵随机共振
来自 知网
作者：刘真真
摘要：
本文总结了活性布朗粒子的相关研究,介绍了熵随机共振的经典模型,并且概括了活性布朗粒子的实验过程.活性布朗粒子又可以称为自驱动粒子或者双面神粒子,与惰性布朗粒子不同的是,活性布朗粒子可以从周围的环境中获得能量并转化为定向运输的动能.由于活性布朗粒子性质奇特,并且应用前景广阔,本文研究了活性布朗粒子在有界双腔模型中运动时的熵随机共振情况,有望在检测,控制和利用活性布朗粒子等方面提供理论依据.本文的创新点在于研究了活性布朗粒子的熵随机共振情况,本文的数值模拟结果表明:(1)即使在不存在对称性破缺的情况下,熵随机共振现象依然存在;(2)在平动噪声强度取固定的较小值时,随着角度噪声的增强,功率谱增益单调增加并趋于饱和,这也可以看做一种随机共振效应;(3)而且外界驱动信号自然频率的增大可以抑制随机共振的程度,然而信号振幅的增大可以增强随机共振的程度;(4)活性布朗粒子产生熵随机共振时所需的最佳噪声强度与外界条件无关.而对于惰性布朗粒子的熵随机共振来说,对称性破缺是必备条件,并且最佳噪声强度与外界条件有关,本文的结果反应了活性布朗粒子和惰性布朗粒子之间有着本质的区别.
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还有很多文章
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写这类论文的人，提到利用布朗运动提取能量，有棘轮的定向运动，属于在没有温差情况下，提取单一热源，应该知道是违背热力学第二定律，属于二类永动机范畴，但是，由于二类永动机，被科技界的主流否定，为了论文的通过、发表于获得经费等原因，往往回避“二类永动机”这个 敏感的词。

必读百科
布朗棘轮模型
播报编辑讨论上传视频
生物分子定向运动的力学模型
布朗棘轮模型是基于布朗运动原理建立的统计热力学模型，用于解释生物分子在非对称势场中实现定向输运的机制。该模型通过随机热噪声与势场不对称性的耦合作用，将无序的热运动转化为单向运动，揭示了分子马达、核糖体扫描等生物学过程的力学基础 [1] [6]。在分子马达研究中，模型表明肌球蛋白等马达蛋白通过棘齿状周期势场实现偏向性运动，其定向效率受ATP浓度和外负载影响 [6-7]。2023年遗传发育所研究发现核糖体前起始复合物采用布朗棘轮机制进行mRNA双向扫描，单碱基平均被扫描10次，起始密码子识别成功率达90% [3-4]。模型还被拓展应用于晶体界面动力学研究，解释晶界在对称振荡驱动力下的单向迁移现象 [5]。

物理基础与理论框架
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布朗棘轮模型通过求解过阻尼朗之万方程，揭示了非对称双阱势场中将热噪声转化为定向运动的机制。势阱深度比β等参数对平均速度和有效扩散系数产生显著影响，在特定噪声强度下可获得最大定向流速 [1] [6-7]。研究表明，外力周期变化与热噪声的协同作用可使粒子定向输运效率显著提升 [1]。
分子马达机制解释
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在肌球蛋白动力学研究中，模型将马达运动解释为棘齿状周期势场中的偏向性布朗运动。单分子实验显示5.5纳米步进特征与肌动蛋白单体间距吻合，为模型提供了实验支持 [7]。2024年研究提出冲激力模型，将布朗棘轮与δ函数结合，量化了马达-轨道间势能不对称性对运动效率的影响 [2]。外负载增加会降低势场梯度，导致集体运动效率下降 [6]。
核糖体扫描机制
播报编辑
2023年遗传发育所通过双起始密码子报告系统发现，核糖体前起始复合物（PIC）存在振幅约5-15碱基的双向振荡扫描。马尔可夫链蒙特卡罗模拟证实该过程符合布朗棘轮机制，单次扫描识别概率为23%，经多次扫描后成功率提升至90% [3-4]。基因组进化分析显示，酵母和人类基因组中临近起始密码子的非对框AUG存在选择清除现象，验证了模型对翻译效率的调控作用 [4]。
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跨学科应用拓展
播报编辑
在材料科学领域，2024年香港城市大学研究发现晶界迁移行为符合布朗棘轮机制。原子尺度模拟表明，在振荡驱动力或温度变化条件下晶界呈现方向依赖性迁移，迁移率差异可达3倍。该发现为调控金属合金晶界迁移行为提供了新方法，成功应用于晶粒尺寸控制 [5]。
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模型理论边界
播报编辑
与构象变化模型相比，布朗棘轮模型更适用于描述脱离轨道后的马达运动概率特征 [6]。实验数据显示，当ATP浓度低于50μM时，模型预测误差增加约18%，表明其理论适用范围存在浓度阈值 [7]。最新研究指出模型在解释多马达协同运输时需引入空间位阻修正项 [2]。

一种布朗运动导致定向的，棘齿二类永动机方案
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布朗运动是一种肉眼可见的现象，通过实验视频可知，可以推动花粉等微小的粒子在水面上不规则运动的。
设计装置有一个极为灵敏的棘轮。（棘轮，是一种只能向一个方向转动的机构）热运动时，粒子不规则撞击棘轮的叶片，在某一时刻，可能左边有100个粒子撞击，而叶片右边只有95个粒子撞击，就在这一瞬间，产生了力量不平衡，于是就可以推动叶片向右运动。
而反过来，左95右100时，由于棘轮只能单向运动，这时候棘轮是不动的。于是，在持续撞击下，棘轮就可以一直转动，然后推动减速器，再推动微型发电机，以此就可以发电。
本设计的装置，而棘轮为固定的，用棘齿代替棘轮。
而运动撞击则为适度大小的胶粒，比液体重一些。
这样的小胶粒，在布朗运动下，会四面八方的冲击运动，但是在该装置棘齿作用下，前进可以顺利爬坡，后推则被齿面挡住。由此可以单定向运动。
当胶粒于液体，运输到高点时，下降链接个水轮，会推动水轮转动，输出功能发电等。由此循环往复。
该系统输出能量就会降温，这时，环境的高温，就会导入该系统，维持能量的输出。
见下图示意：