Пластилин, если его растянуть, помнит форму несколько секунд. Вода в стакане забывает движение ложки сразу. А между ними есть жидкости, которые сочетают текучесть воды с памятью пластилина — их называют вязкоупругими. В такой жидкости растворены мицеллы, крошечные скопления молекул, похожие на губку из спагетти. Когда в неё попадает частица размером с бактерию, сеть из мицелл обволакивает её и запоминает каждое движение.
Физики поместили в такую жидкость коллоидную частицу диаметром 2,7 микрона и удерживали её лучом лазера, как пинцетом. Лазер создавал для частицы ямку, из которой она не могла выбраться сама. Но частица всё время дрожала из-за теплового движения молекул. Это дрожание учёные записывали с частотой сто раз в секунду, определяя положение частицы с точностью до пяти нанометров — тоньше человеческого волоса в десять тысяч раз.
Чтобы вытащить энергию из памяти среды, применили протокол двойного измерения. В первый момент времени положение частицы сравнивали с порогом: выше или ниже. Через секунду делали второе такое же сравнение. Так получали четыре возможных состояния, каждое из которых по-разному связано с тем, как сеть мицелл запомнила прошлое частицы. Оказалось, что для одного из состояний при задержке около секунды энергия частицы сначала растёт, а потом спадает к равновесию. Сеть мицелл, сжавшись вокруг частицы, отдаёт ей запасённую энергию — как пружина, которую сначала сжали, а потом отпустили.
Этот эффект позволил извлечь работу, которая превышает энергию, запасённую в самой частице. В обычной ловушке с одной ямкой такого превышения нет, потому что частица слишком быстро успокаивается. Но если ловушку сделать с двумя ямками, разделёнными барьером, частица задерживается и успевает забрать энергию из медленных движений сети. Получается, что память среды работает как резервуар, из которого можно черпать энергию, если знать, когда зачерпнуть.
Раньше считалось, что среда мгновенно забывает о прошлом, и информация о системе безвозвратно теряется. Этот эксперимент впервые показал, что скрытые степени свободы среды не просто существуют, но могут быть измерены и превращены в полезную работу. Такой подход открывает путь к созданию микроскопических двигателей, которые используют память биологических жидкостей или полимерных растворов как топливо. Пластилин, который помнит форму, теперь может не только удивлять, но и работать.
Мицеллярная сеть, в которой плавала частица, имеет время релаксации около 6 секунд — это как если бы вода в стакане помнила движение ложки несколько секунд после того, как ложку убрали.
Идея извлекать работу из скрытой памяти перекликается с сюжетом рассказа Станислава Лема «Путешествие четырнадцатое», где герой пытается использовать информацию о прошлом для получения энергии, хотя в рассказе это приводит к парадоксам, а не к практической выгоде.