Tutte le macchine convertono una forma di energia in un'altra forma, ad esempio, un motore di un'auto trasforma l'energia immagazzinata nel carburante in energia cinetica. Quei processi di conversione energetica, descritto dalla termodinamica, non avvengono solo a livello macro di grandi macchine, ma anche a livello micro di macchine molecolari che guidano muscoli o processi metabolici e anche a livello atomico. Il gruppo di ricerca del Prof. Massimiliano Esposito dell'Università del Lussemburgo studia la termodinamica di piccole nanomacchine costituite da pochi atomi. In un articolo pubblicato su Revisione fisica X , descrivono come queste piccole macchine si comportano di concerto. Le loro intuizioni potrebbero essere utilizzate per migliorare l'efficienza energetica di tutti i tipi di macchine, grande o piccolo.

I recenti progressi nella nanotecnologia hanno permesso ai ricercatori di comprendere il mondo su scale sempre più piccole, e consente persino la progettazione e la fabbricazione di macchine artificiali estremamente piccole. "Ci sono prove che queste macchine sono molto più efficienti delle macchine di grandi dimensioni, come le automobili. Eppure in termini assoluti, l'output è basso rispetto alle esigenze che abbiamo nelle applicazioni della vita quotidiana, " spiega Tim Herpich, dottorato di ricerca studente del gruppo di ricerca di Esposito e principale autore del paper. "Ecco perché abbiamo studiato come le nanomacchine interagiscono tra loro e osservato come si comportano gli insiemi di quelle piccole macchine. Volevamo vedere se ci sono sinergie quando agiscono di concerto".

I ricercatori hanno scoperto che le nanomacchine, a determinate condizioni, iniziano a organizzarsi in "sciami" e sincronizzare i loro movimenti. "Potremmo dimostrare che la sincronizzazione delle macchine innesca significativi effetti di sinergia, in modo che la produzione energetica complessiva dell'insieme sia di gran lunga maggiore della somma delle singole uscite, " ha affermato il Prof. Esposito. Pur trattandosi di ricerca di base, i principi delineati nel documento potrebbero essere potenzialmente utilizzati per migliorare l'efficienza di qualsiasi macchina in futuro, spiega il ricercatore.

Al fine di simulare e studiare il comportamento energetico di sciami di nanomacchine, gli scienziati hanno creato modelli matematici basati sulla letteratura esistente e sui risultati della ricerca sperimentale.