Ученые из Нидерландов смогли создать наномоторы, которые работают с микроскопическими объектами, передавая им движение. Работа ученых имеет важное значение для дальнейшего развития наномашин, так как до сих пор не удавалось передавать движение от нано к микрообъектам, теперь же появляется надежда, что в ближайшем будущем могут появиться движущиеся тротуары, неоднократно описанные фантастами.
"Нам удалось впервые продемонстрировать работающий молекулярный мотор, приводимый в движение светом. Если ранее удавалось просто привести в движение микроскопические машины, то сегодня мы заставили их выполнять полезную работу", - говорит Бен Феринга из Гронингенского университета.
"Мы добились того, что матрица моторов может перемещать предмет в 10 000 раз больше одной отдельно взятой молекулярной машины. Конечно, это стало возможным только благодаря коллективной работе моторов. Полученная нами поверхность, покрытая наномоторами, представляет собой настоящий мускул".
Рис. 1. Стеклянный стержень вращается вокруг своей оси на матрице наномоторов
Феринга и коллеги взяли за основу наномотора в качестве "оси" молекулу с двойной связью С=С в центре. Верхняя часть молекулы представляет собой ротор, а нижняя - статор.
Далее ученые решили сделать плоскость, на которой будет располагаться матрица наномоторов, превращая ее в "тысяченожку". Молекулы наномоторов расположили рядами на жидкокристаллической пленке.
В итоге, у ученых получилась поверхность, покрытая моторами, как ковер ворсом. Так как наномотор работает исключительно от энергии фотонов, то заставить ворс зашевелиться может только луч света. В эксперименте ученые включили наномоторы светом с длиной волны 365 нанометров.
Свет вызывает в одном отдельно взятом наномоторе химическую фотоизомеризацию, т.е. проворачивание роторной части вокруг оси. Это приводит к тому, что из право- ориентированной, молекула становится лево-ориентированной. А энергия фотонов, приводящая к нагреванию молекулы, вызывает дальнейшее вращение ротора до 360°. Так происходит полное оборачивание ротора вокруг своей оси.
Рис. 2. Команда исследователей, занятых в проекте
"Изменение формы наномоторов при вращении роторов приводит к макроскопическому изменению геометрии поверхности жидкого кристалла, - добавляет Феринга. - Так, макроскопический объект, помещенный на поверхность пленки, будет вращаться".
В эксперименте ученые заставили наномоторы вращать стеклянный стержень размерами 5 x 28 микрон. Он вращался со средней скоростью 0.67 оборотов в минуту благодаря фотохимическей изомерии и 0.22 об/сек благодаря только тепловой изомерии.
"Самое главное наше достижение - то, что мы заставили наномоторы работать. Теперь мы сможем их использовать в полезных целях, например, попробуем на их основе сделать наномашину, способную перевозить грузы. Также будет полезным разработка наноконвейера", - заключает Феринга. Работа ученых была проведена совместно с лабораториями Philips Labs.
Исследователи также планируют сделать некий гибрид с изобретенной ранее нано-багги (мы уже о ней писали) с колесами из фуллеренов. Если в оси багги между фуллереном и рамой вставить изобретенные наномоторы, то наномашинки смогут ездить, приводясь в движение светом.
Если дальнейшие разработки ученых увенчаются успехом, не исключено, что в будущем могут появиться движущиеся ленты, принцип действия которых основан на совместной работе миллиардов наномоторов. Так, описанные фантастами движущиеся тротуары могут стать реальностью.
