Перші наноавтогонки в Тулузі. Як іграшки вчених перетворюються у геніальні відкриття
Науковці, як і всі люди, не люблять видавати свої секрети. Особливо коли вони працюють над проектами, націленими на комерційний результат. І коли навколо повно конкурентів.
"Так так, іграшки граємося, — запевняють вчені з невинною посмішкою. — Нам просто цікаво навчитися робити те, чого раніше ніхто не вмів".
Знаємо ми ці їхні іграшки. Грають-грають, а потім виходить ядерна бомба, лазер, комп'ютер, інтернет або 3D-принтер.
Але все-таки є спосіб розговорити вчених. Вони, як і всі люди, люблять хвалитися. І коли хваляться, ненароком вибовкують дещо зі своїх секретів.
Одна з наукових галузей, не надто відкритих широкій публіці, — молекулярні машини. На вигляд така машина — іграшка іграшкою, тільки дуже маленька. Настільки маленька, що побачити її можна тільки в скануючий тунельний мікроскоп (ВТМ). Вона має всього кілька нанометрів у довжину і складається лише з сотні атомів або того менше. Цього вистачає, щоб вона могла котитися або їхати по нерівній горбистої поверхні (а такий з точки зору молекули виглядає будь-яка поверхня, навіть якщо нам вона здається абсолютно гладкою).
Про те, що в ці іграшки вчені грають не просто так, говорить хоча б те, що в минулому році винахідникам молекулярних машин дали Нобелівську премію з хімії. Роботи в цій науковій галузі з'їдають чималі бюджети. Один тільки ВТМ коштує сотні тисяч доларів або євро. А вчені на цьому дорогому пристрої створюють свої молекулярні машини поштучно. Ніхто не давав би на таку забаву грошей, та й самі вчені не витрачали б на неї роки свого життя, якби не маячила попереду надія довести ці штуки до масового виготовлення і застосування.
На щастя, знайшовся привід, яка змусила фізиків і хіміків, працюючих в цьому напрямку, почати хвалитися. 28-29 квітня у Франції була проведена перша міжнародна гонка молекулярних автомобілів Nanocar Race. Її організатором виступив Національний центр наукових досліджень (CNRS). Гонка проходила в центрі CEMES в Тулузі. З команд, що подали заявки, було відібрано, по сукупності різних критеріїв, спочатку дев'ять, потім шість і вже перед самою гонкою чотири.
Може здатися дивним, з чого б це французи вирішили підбити команди з інших країн викласти один перед одним і перед широкою публікою свої карти. Розгадка проста до смішного. Справа в тому, що французи нещодавно встановили в центрі CEMES новий ВТМ, унікальний тим, що він чотириконтактний, тобто на ньому можуть працювати одночасно чотири людини. Але тестування і налагодження нового мікроскопа вимагали додаткових витрат. І французи, щоб заощадити свої бюджети, придумали запросити іноземні команди попрацювати спільно на принципах пайової участі. Назвали цей захід гонкою, і це дало можливість всім командам-учасницям вибивати собі додаткове фінансування. А деякі навіть обзавелися спонсорами з числа автомобільних концернів. Наприклад, японцям допомогла Toyota, німцям — Volkswagen, а французам — Groupe PSA.
І ось в результаті такого збігу обставин шість команд з шести країн зібралися в Тулузі, щоб похизуватися один перед одним своїми вміннями. Крім французів, німців і японців прибутку швейцарська, американська та американо-австрійська команди. Втім, оскільки технічні можливості ВТМ обмежували число учасників перегонів чотирма, то двом командам довелося грати роль спостерігачів. Не змогли показати своїх вищих досягнень японці і господарі-французи.
Фінальне табло гонки зафіксувало, що найкраще впоралася із завданням об'єднана команда Університету Райса (штат Техас, США) і Грацского університету (Австрія). Її молекулярне авто більш ніж утричі випередив молекулярну машину команди Базельського університету (Швейцарія). Однак, оскільки обидва ці наноавтомобиля, на відміну від інших, повністю подолали дистанцію гонки, то їм обом присуджено перше місце. Третє місце посіла команда Університету Огайо (США), а четверте дісталося команді Дрезденського технічного університету (Німеччина).
Звичайно, цікаво перш за все те, про що розповіли дві найбільш успішні команди. Творці самої спритною молекули з Техасу і Австрії підкреслюють, що їх дітище є результатом майже двох десятиліть досліджень. Воно має всі елементи автомобіля: колеса, мости, рами та багато іншого, а також дипольную частина, яка полегшує спрямований рух. Хімічну формулу винахідники тримають у секреті. Однак більш важливо те, що вони, нехай і коротко, але поділилися своїми планами. Техасько-австрійська команда не збирається зупинятися на формулі, яка принесла їй перемогу, і готується тестувати інші наноавтомобили, в тому числі такі, які здатні харчуватися від світла. Всі нинішні наноавто харчуються електричними імпульсами, одержуваними за допомогою СТМ.
Більш балакучою виявилася швейцарська команда. Вона винайшла свою молекулу за допомогою знаменитого хіміка — професора Катерини Хаускрофт, яка працює там же, в Базельському університеті, і має світове визнання в справі розробки фотогальванічних елементів. Наноавтомобіль, придуманий в Базелі, потенційно підходить для використання в сонячних батареях. Не дивно, що у відповідь на питання про подальші плани представники швейцарської команди заявили: "Чому б не влаштувати наступні гонки для наноавтомобилей з живленням від світла!"
Це в точності та ідея, над якою працює техасько-австрійська команда. Але швейцарці розповіли і про те, що може бути кінцевою метою: "Уявіть функціональні поверхні, які самі себе організовують. Наприклад, мобільний екран, який автоматично відновлює себе на молекулярному рівні, коли він був подряпаний".
Молекулярний автомобіль з точки зору хімії — це всього лише молекула, тільки досить хитро влаштована. Коли-небудь такі молекули можна буде друкувати 3D-принтері, подібному автоскладального конвеєру. Власне, наноконвейер — це теж молекулярна машина, тільки трохи побільше, ніж наноавтомобіль.
