Профессор химии университета Райса Джеймс Тур получил за свой наноавтомобиль премию Фейнмана, присуждаемую за успехи в области экспериментальных нанотехнологий При ширине всего 4 нм у автомобиля имеется шасси с двигателем, подвижная подвеска и вращающиеся оси, на концах которых закреплены фуллереновые колеса, состоящие из 60 атомов углерода.

Тур вместе со своей группой аспирантов не только спроектировал крошечный автомобиль, но и построил реальную модель наногрузовика, способного осуществлять перевозки. На вопрос, зачем он все это делает, Тур заметил, что благодаря подобным разработкам в перспективе у людей появится возможность строить здания и другие крупные объекты, доставляя необходимые материалы с помощью транспортных средств молекулярного уровня.

При ширине всего 4 нм у автомобиля имеется шасси с двигателем, подвижная подвеска и вращающиеся оси, на концах которых закреплены фуллереновые колеса, состоящие из 60 атомов углерода На создание автомобиля у Тура и его коллег ушло восемь лет. Одной из наиболее трудных задач стало присоединение колес, поскольку фуллереновые колеса оказались несовместимы с палладием, из которого состояла остальная часть автомобиля.

Со временем с помощью своей нанотехнологии Тур надеется создать квантовую память. Для этого необходимо выстроить из атомов металла структуру, позволяющую хранить данные. Каждая такая квантовая ячейка должна состоять из 50 атомов металла.

Конечно, предстоит пройти очень долгий путь, и Тур признает это. Пока он даже не запатентовал свою технологию, потому что к моменту предполагаемого начала ее коммерческого использования срок действия патента уже истечет. При строительстве небоскреба несколькими наногрузовиками, перевозящими атомы металла, не обойдешься. Здесь придется задействовать 10^23 или даже еще большее количество грузовичков, которые будут согласованно перевозить наночастицы.

"До сегодняшнего дня инженеры создавали свои конструкции, выстраивая крупные объекты, а затем урезая их до нужных размеров, -- отметил Тур. -- При изготовлении транзисторов используют крупные кремниевые подложки. Однако в будущем основным производственным методом станет не уменьшение большого, а увеличение малого, как это происходит в природе".

В качестве примера можно привести гемоглобин. Каждая группа гемов, содержащая атомы железа, несет в себе всего одну молекулу кислорода. Но миллиарды таких движущихся от легких групп снабжают наши клетки необходимым им кислородом, а на обратном пути гемы нейтрализуют ядовитый углекислый газ. Аналогичным образом наногрузовики будут перевозить атомы, используемые при строительстве различных объектов.

На протяжении многих лет в инженерных кругах обсуждается идея самосборки различных механизмов, однако Тур считает, что ее нельзя реализовать применительно к сложным структурам (например, металлам), поскольку в сложных структурах наличествует много неповторяющихся сегментов.

"В природе присутствует не только самосборка, но и ферментативная сборка, -- подчеркнул он. -- Ферменты представляют собой естественные наномашины. Они объединяют молекулы в непериодические структуры. Именно это и требуется при организации сложной сборки".

Известно, что ферменты не работают за пределами своего биологического носителя. Но если исследователям удастся создать наномашины, которые будут собирать крошечные объекты молекулярного уровня, устанавливать их на положенное место и соединять друг с другом, это позволит воспроизвести механизм функционирования ферментов.

В настоящее время существует три разновидности сборки с использованием нанотехнологий: пассивная, гибридная и активная. Пассивные нанотехнологии применяются в углеродных нанотрубках, которые позволяют, например, заметно увеличить прочность резины или служат для прокладывания маршрутов перемещения битов данных.

Гибридными называют наноструктуры, объединяющие несколько различных материалов. К примеру, Тур и его коллеги подтвердили возможность сочетания наноструктур, изготовленных из графита, с кремнием, что в перспективе позволит создавать устройства памяти. Активные нанотехнологии лет через 15 могут найти применение при сборке крупных структур. К настоящему времени Туру и его коллегам удалось не только построить наноавтомобили, но и разработать два способа их энергоснабжения - с помощью тепла и света. Нагретая поверхность, на которой находится автомобиль, возбуждает его молекулы, и они начинают двигаться вперед по прямой до достижения цели. Движение с помощью света построено на принципе фотоактивации.

"Подавая свет, мы запускаем двигатель автомобиля, который начинает вращаться в одном направлении и, подобно гребной лопасти, толкает автомобиль по поверхности, -- пояснил Тур. -- Есть и другой механизм, который мы назвали наночервем. Под воздействием света он начинает растягиваться и сжиматься, обеспечивая поступательное движение".

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями