Dr Saw-Wai Hla och Dr Eric Masson är nöjda med sitt teams prestation i världens första nanobilslopp i april, men för dem, det var en rolig utgångspunkt för ett mycket större mål.

"Nanobilsloppet är inte slutet, det är bara början på vårt projekt, "Hla, professor i fysik och astronomi, sa. "Vi deltog i den här tävlingen inte bara för att vinna, men att utveckla ett kontrollerat transportsystem i molekylär skala."

Det är den första delen av målet; den andra är att bidra till att skapa ett nytt studieområde – kvantmekanisk ingenjörskonst – som nu diskuteras först i det tidiga teoretiska skedet.

Nanobilloppet var en unik tävling:Sex team arbetade för att bygga bilar som kunde tävla med varandra på en bana. Dock, dessa bilar var inte större än några molekyler, och Ohio University-teamets bil var inte ens i Frankrike, där loppet hölls; istället, det var en fjärdedel av vägen runt planeten, i Hlas labb vid Ohio University.

Masson, en docent i kemi och biokemi, och hans team byggde OHIOs bil, känd som "Bobcat Nanowagon, " arbetade sedan med Hla för att få in den i en solid-state "racebana" gjord av guld. Därifrån Hlas team "körde" bilen längs en 100 nanometers bana. Körningen görs genom att applicera en positiv eller negativ elektrisk laddning för att effektivt "skjuta" eller "dra" nanobilen i en given riktning.

I slutändan täckte OHIO:s inträde 43 nanometer, men skulle ha slutat lätt, Hla sa, om inte för en vardaglig fiende:Ohio väder. Ett åskväder på tävlingsdagen orsakade strömproblem som dömde laget – inte för att någon klagade.

"Det här är första gången som vi gjorde kontrollmanipulation på atomnivå över ett hav med fjärrkontroll. Det är själva tekniken. Detta är ett tekniskt genombrott, " sa Hla. Laget som vann, består av medlemmar från Rice University och Österrike, deltog även på distans, men från ett labb i Österrike, samma tidszon som Toulouse, Frankrike, där loppet hölls. Ohio-teamet fick arbeta med sex timmars tidsskillnad. Som det franska lagets bil, Ohio Bobcat Nanowagon passade alla angivna kriterier för tävlingen:Den hade mer än 100 atomer (644, faktiskt), och opererades på en guldyta.

"Vår bil är den enda bilen som ser ut som en bil, det är funktionellt, och det är en ren amerikansk bil. Det kanske inte är den vackraste, men det funkar, ", sa Hla. OHIO var också den enda av de sex som var en supramolekylär bil – den hade fem sammankopplade molekyler.

"I grund och botten, det är den första supramolekylära bilen som någonsin designats. Det är också den största nanobil som någonsin byggts, " sa Masson.

Hla och Masson hoppas kunna skapa större nanobilar som kan fånga, flytta eller släppa andra molekyler på ett exakt sätt, effektivt bygga molekylära strukturer för valfritt antal tillämpningar. Det är där kvantmekaniken kommer in. Hla jämförde den med vår vanliga maskinteknik som används för att designa bilar, byggnader och andra konstruktioner.

"Alla dessa maskiner är i vår skala; vi kan använda de koncept som vi redan känner till från mekaniska ingenjörer. Men, för nanobilar som vi utvecklar eller någon molekylär maskin som vi utvecklar i nanoskala, vi kan inte använda något av dessa begrepp. Ingen, sa Hla.

Nanobilen är ett bra exempel; även om den har fyra hjul och rör sig över en yta, Hla och Masson arbetar fortfarande med att upptäcka om hjulen glider eller rullar över ytan. På nanonivå, gravitationen är irrelevant, så sättet som nanobilen fäster vid ytan och hur den rör sig är mycket viktigt för grundläggande vetenskaplig förståelse.

"Så bilens attraktion att hålla sig till ytan har ingenting att göra med gravitationen. Det har allt att göra med atomär nivå interaktioner mellan det hjulet och ytan, ", sa Hla. "I kvantregimen, energiöverföringen till att köra maskinerna, allt, är helt annorlunda än vår värld. Dock, det finns inget ämne som heter kvantmekanik. Ingen vet riktigt vad som kommer att vara den energi vi behöver. Detta är en stor utmaning just nu och ett stort lyft i forskningsriktningen. Alla finansiärer i USA och runt om i världen strävar verkligen efter det, det här året, från och med nu; det blir väldigt populärt."

Konceptet med molekylära maskiner är inte nytt; Hla sa att våra kroppar har dem, i form av DNA som gör reparationer på en konstant basis. Men det finns inte många konstgjorda, han sa.

"Särskilt en som är lämplig att använda i solid state-enheter, som iPhones eller datorer, " sa han. "...I min grupp på OHIO, vi mäter nya egenskaper hos molekylära maskiner och försöker förstå dem."

Om nanobilarna kan masstillverkas och kontrolleras, speciellt många av dem på en gång, de kan användas för att bygga eller omstrukturera elektroniska kretsar och datalagringsenheter, till exempel. En datalagringsenhet i nanostorlek skulle revolutionera branschen.

"Modern elektronik idag är mycket större än vår skala, "Hla sa. "Skalan för närvarande... den är fortfarande cirka 1 miljon gånger större än vår. Vi kan använda våra nanobilar som datalagring. Du har ultratät datalagring. Förmodligen hela världens information, du kan lägga i en mobiltelefon, till exempel."

Eller tänk på skalan så här:En nanobil är ungefär åtta kvadratnanometer. Bredden på ett människohår är cirka 8, 000 kvadrat nanometer. Således, ungefär en miljard nanobilar skulle passa i det utrymmet.

Tills vidare, självklart, allt detta är i den teoretiska fasen. Hla och Masson sa att det finns mycket forskning och experiment att göra. Och, de sa, de kunde inte göra det ensamma; deras elever har varit aktiva i att köra experiment och en, Ryan Tumbleson, even drove the "Bobcat Nanowagon" during the race.

Hla said others are working on similar projects, so OHIO has to remain on the forefront.

"If we don't do it, somebody else will be doing it, so we'd better lead it, " he said. "Maybe one day the university will have a special department, quantum mechanical engineering."

He said there's no reason Ohio University can't take the lead; faktiskt, he says it already has.

"Don't look down because we are from OHIO; we are unique, " he says. "There was only one complete group from the US that competed (in the nanocar race). We can change the world, in a good way."

Teknologin, Hla said, can help in many ways.

"There are many areas, I do believe, that will be hugely impacted. Medicine, elektronik, information technology, bara för att nämna några. Those are the real impacts. Dock, it has to start from somewhere."