Kredit:CNRS (Délégation Paris Michel-Ange)
Nanocars kommer att tävla för första gången någonsin under ett internationellt molekylbilslopp den 28-29 april, 2017 i Toulouse (sydvästra Frankrike). Fordonen, som består av några hundra atomer, kommer att drivas av minutelektriska pulser under loppets 36 timmar, där de måste navigera på en kapplöpningsbana gjord av guldatomer, och mäta maximalt 100 nanometer i längd. De kommer att placera sig under de fyra spetsarna på ett unikt mikroskop som ligger vid CNRS:s Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) i Toulouse. Loppet, som organiserades av CNRS, är först och främst en vetenskaplig och teknisk utmaning, och kommer att sändas live på YouTube Nanocar Race-kanalen. Utöver konkurrensen, det övergripande målet är att främja forskning inom observation och kontroll av molekylmaskiner.
Mer än bara en tävling, Nanocar Race är ett internationellt vetenskapligt experiment som kommer att genomföras i realtid, med syftet att testa prestandan hos molekylmaskiner och de vetenskapliga instrument som används för att kontrollera dem. De kommande åren kommer troligen att se användningen av sådana molekylära maskiner – aktiverade individuellt eller på synkroniserat sätt – vid tillverkning av vanliga maskiner:atom-för-atom-konstruktion av elektroniska kretsar, atom för atom dekonstruktion av industriavfall, fångst av energi... Nanocar Race är därför en unik möjlighet för forskare att implementera banbrytande tekniker för samtidig observation och oberoende manövrering av sådana nanomaskiner.
Experimentet började 2013 som en del av en översikt över nanomaskinforskning för en vetenskaplig tidskrift, när idén om ett billopp tog form i huvudet på CNRS seniorforskare Christian Joachim (numera tävlingsledaren) och Gwénaël Rapenne, en professor i kemi vid Université Toulouse III - Paul Sabatier. Tre år senare, nanobilarna är i drift och redo att mötas på kretsens guldyta. Det fanns många utmaningar i att organisera detta lopp, från att välja kapplöpningsbana, som måste rymma alla typer av molekylbilar, att anpassa scanningstunnelmikroskopet. De deltagande lagen var också tvungna att övervinna en rad svåra uppgifter (att deponera och visualisera molekylerna under mikroskopet), samt uppfylla ett flertal kriterier (molekylernas struktur och form av framdrivning) för att kunna delta i detta lopp. Av de nio lag som ansökte före utgången av maj 2016, sex valdes ut, och fyra tar plats vid 4-spetsmikroskopets startlinje den 28 april, 2017 för 36-timmarsloppet i Toulouse.
Utmaningarna som forskare står inför i loppet kommer att vara så många steg framåt inom nya områden inom kemi och fysik. I processen, varje lag kommer att bygga upp nya färdigheter, data, och know-how som en dag kommer att bidra till utvecklingen av ytkemi (som möjliggör kemisk syntes direkt på en viss yta), eller i den nya vetenskapen om ytor som kallas membranvetenskap, som gör det möjligt att avsätta en molekylmaskin på ytan av en cell, eller för att kontrollera rörelsen av en enda molekyl i en vätska.
CEMES-CNRS-mikroskopet är det enda i världen som tillåter fyra olika experimentörer att arbeta på samma yta. Utvecklingen av sådana flertippsmikroskop kommer att möjliggöra synkronisering av ett stort antal molekylmaskiner för att öka kapaciteten, till exempel för att lagra energi eller fånga upp den från en het metallyta. En äkta "atomteknologi" börjar gry.
Tävlingens regler:
