Naukowcy z Danii i Szwajcarii opracowali cichobieżny i bezemisyjny samochód z napędem na cztery koła. Badania, których wyniki zaprezentowano w czasopiśmie Nature, zostały dofinansowane z projektu MOLECULAR MOTORS (Silniki molekularne - kontrolowanie ruchu w nanoskali), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla doświadczonych naukowców o wartości 2,18 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. Naukowcy twierdzą, że prototyp symbolizuje szczyt osiągnięć w lekkich konstrukcjach.

Silniki mogą przekształcać energię chemiczną, cieplną lub elektryczną na energię kinetyczną, aby umożliwić ruch towarów z punktu A do punktu B. W podobny sposób działa matka natura. Białka motoryczne takie jak kinezyny oraz białko mięśniowe - aktyna - wykonują to zadanie. Naukowcy twierdzą, że białka te zwykle przesuwają się wzdłuż innych białek i "spalają" adenozynotrifosforan (ATP).

Specjaliści z Uniwersytetu w Groningen i z Uniwersytetu w Twente w Holandii oraz ze Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Testowania i Badania Materiałów (EMPA) i z Uniwersytetu w Zurychu w Szwajcarii opracowali nanosamochód, który składa się z tylko jednej molekuły i przemieszcza się na czterech kołach napędzanych elektrycznie w niemal prostej linii po miedzianej powierzchni.

Dzięki syntezie molekuły z czterech obracających się jednostek napędowych, zespół przybliżył Europę o krok do opracowania sztucznych systemów transportu w nanoskali. "Do tego celu nasz samochód nie potrzebuje ani szyn, ani benzyny, bo ma napęd elektryczny" - mówi Karl-Heinz Ernst, naukowiec z EMPA, który jest również profesorem na Uniwersytecie w Zurychu. "Jest to pewnie najmniejszy samochód elektryczny na świecie - i nawet ma napęd na cztery koła."

Wyzwaniem w dalszych pracach nad tym samochodem jest udoskonalenie jego zdolności uzupełniania paliwa. Zważywszy na wymiary pojazdu, który ma 4x2 nanometry, co oznacza że jest około 500 mln razy mniejszy od Volkswagena Golfa, potrzebuje on zdaniem naukowców uzupełnienia mocy po każdym półobrocie kół. Paliwo jest uzupełniane przez końcówkę skaningowego mikroskopu tunelowego (STM). Molekularna konstrukcja również ogranicza możliwości obracania się kół, które mogą toczyć się tylko w jednym kierunku. "Innymi słowy nie ma biegu wstecznego" - wyjaśnia profesor Ernst.

Naukowcy podkreślają, że według "schematu konstrukcji" napęd złożonej molekuły organicznej funkcjonuje w następujący sposób: po sublimacji na miedzianą powierzchnię i ustawieniu końcówki STM, pozostawiając odpowiednią lukę, przykładane jest średnie napięcie nie mniejsze niż 500 mV. Elektrony "tunelują" następnie przez molekułę, wywołując odwracalne zmiany strukturalne w każdej z czterech jednostek napędowych. Pojawia się stereomutacja na wiązaniu podwójnym. Obydwie grupy boczne przechylają się, aby minąć się i powrócić na swoje pierwotne położenie. Jednoczesne obracanie się wszystkich czterech kół powoduje ruch samochodu do przodu.

Po przeprowadzeniu 10 symulacji STM naukowcy odkryli, że molekuła przesunęła się do przodu o 6 nanometrów. "Odchylenia od przewidywanej trajektorii wynikają z faktu, że wcale nie tak łatwo jest pobudzać wszystkie cztery jednostki napędowe jednocześnie" - zauważa profesor Ernst.

© Unia Europejska 2005 - 2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Kudernac, T. et al. (2011) 'Electrically driven directional motion of a four-wheeled molecule on a metal surface'. Nature 479 (2011), doi: 10.1038/nature10587