16 мая 2022

Самые маленькие шестерни, размерами в нанометры, станут узлами молекулярных механизмов и нанороботов

Область применения крошечных молекулярных механизмов и нанороботов становится все шире и шире буквально с каждым днем, эти наноразмерные "рабочие" уже используются в процессах изготовления некоторых электронных компонентов, сложных органических молекул, они транспортируют лекарства, действуя прямо внутри живых организмов, при их помощи осуществляется управление отдельными живыми клетками. И недавно исследователи из университета Эрлангена-Нюрнберга (University of Erlangen-Nuremberg, FAU) в Германии, создали еще один узел для крошечных механизмов, самую маленькую в мире шестеренчатую передачу.

На свете уже существуют наноразмерные версии различных механических узлов и агрегатов, таких, как двигатели, поршни, насосы, пропеллеры и даже гаечные ключи. Германские исследователи, как упоминалось чуть выше, добавили в этот набор еще один элемент - шестеренчатую передачу. Это крошечное молекулярное устройство состоит из двух взаимосвязанных компонентов. Одним из этих компонентов является похожая на пропеллер молекула триптицена (triptycene), а вторым - молекула тиоиндиго (thioindigo), имеющая плоскую форму.

Вместе эти молекулы работают как две шестерни, понижая или повышая обороты вращения. Отношение этой молекулярной шестеренчатой передачи составляет 2:3, когда молекула тиоиндиго поворачивается на 180 градусов, молекула триптицена поворачивается на 120 градусов. Все устройство в целом состоит из 71 атома, его длина составляет 1.6 нанометра и это все в целом делает его самым маленьким в мире работоспособным механизмом.

Молекулярная шестеренчатая передача может быть активирована и деактивирована при помощи света. Это, в свою очередь, является первым разом в истории науки, когда механизм столь малого размера допускает прямое управление его основной функцией, все другие подобные устройства могут лишь двигаться или перемещаться в пассивном режиме.

Исследователи выражают надежду, что созданная ими молекулярная шестеренчатая передача станет частью более сложных молекулярных машин, которые, благодаря возможности управления светом, смогут передавать энергию механического движения на большие расстояния, в различных направлениях и на различных скоростях.