Природа зарекомендовала себя исключительным образом в создании подобных машин, используя молекулы, которые могут преобразовывать оптическую, химическую или электрическую энергию во взаимодействие с поверхностью для создания движения. "Для многих наномашин мы смотрим на природу как на нашу модель. Есть много примеров пропеллеров, с помощью которых организмы перемещаются в динамической среде. Удивительно, но эти природные наномашины принимают форму крупногабаритных пропеллеров », – говорит профессор NAIST Гвенаэль Рапенн, которая участвовала в новом исследовании.
Соответственно, пропеллер, разработанный Рапенне и его коллегами, состоит из трех компонентов: трех лопастей, каждая из которых состоит из индазола, статора, состоящего из пяти фенильных групп, и атома рутения, который связывается с ними и позволяет вращаться, как шарикоподшипник.
Одно из основных отличий – это условия, в которых работают искусственные нанопропеллеры. В то время как естественные наномашины, как правило, работают в условиях, удобных для жизни, искусственные наномашины могут работать в гораздо более суровых условиях.
Рапенн демонстрирует это, прикрепляя свою машину к золотой поверхности и наблюдая, как некоторые из них начинают вращаться при очень низких температурах (около -200 oC). В то же время пропеллеры не двигаются при температуре -275 ° C, что подтверждает их способность преобразовывать тепловую энергию в движение.
Пропеллеры также показали способность вращаться в разных направлениях контролируемым образом, но никогда не переключать направления. Это было результатом того, как пропеллер был прикреплен к золотой поверхности, что вызвало небольшой наклон статора.
Направление наклона определяло направление вращения. Эта функция напоминает макроскопические пропеллеры, которые мы видим в реальном мире.
«Статор действует как храповик, обеспечивающий однонаправленное вращение», – отмечает Рапенн.
Это не первый раз, когда Рапенн использует золото, чтобы доказать возможности своих наномашин. Два года назад он и его коллеги организовали первые в мире соревнования по нанокарам с использованием золотых гусениц.
Хотя он не ожидает, что вслед за этими усилиями будет проведено первое соревнование по наноразмерному винту, он уверен, что новые машины будут служить важной цели в наномире.
«Наши пропеллеры могут перемещать близлежащие молекулы, показывая, что их можно использовать для перемещения молекулярных грузов для более быстрой передачи энергии или информации», – говорит он.