В конце 1800-х во Франции прошла первая в мире соревновательная автопробег, и теперь страна подготовит почву для следующей революции в автоспорте: первой в истории гонки «нанокар».
28 апреля в Национальном центре научных исследований (CNRS) в Тулузе четыре команды примут участие в гонках на крошечных транспортных средствах, изготовленных из одной молекулы. Соревнования будут транслироваться в прямом эфире на YouTube для поклонников как автоспорта, так и передовых наук.
Помимо постановки спектакля, целью конкурса является демонстрация растущих возможностей так называемых молекулярных машин. Три европейских ученых получили Нобелевскую премию по химии 2016 года за то, что продемонстрировали способность проектировать и создавать устройства на молекулярном уровне, которые работают как традиционные машины, путем преобразования входной энергии в механическую работу.
Некоторые из нанокаров, участвующих в гонке, имеют схожую компоновку с дизайном обычных автомобилей, но другие имитируют движение вещей, столь же разнообразное, как гусеницы, суда на воздушной подушке и ветряные мельницы. Кристиан Йоахим, старший исследователь CNRS и директор NanoCar Race, рассказал Live Science, что организаторы стремились поддерживать инновационный дух раннего автоспорта.
«В 1894 году между Парижем и Руаном была организована первая в истории автомобильная гонка, и, если вы посмотрите внимательно, в то время они решили сохранить все виды движения», - сказал он. «В нашем конкурсе три автомобиля из трех разных команд имеют колеса, шасси и тому подобное. Три не имеют ничего общего с этим. Мы приняли большое разнообразие молекулярных конструкций, чтобы попытаться понять, что работает лучше всего».
Гонка стала возможной благодаря уникальному сканирующему туннельному микроскопу (STM). STM позволяет исследователям получать изображения и управлять отдельными атомами с помощью ультратонкого металлического наконечника, но устройство, размещенное в CNRS, имеет четыре наконечника, что позволяет четырем различным пользователям одновременно работать на одной поверхности.
Эти наконечники будут использоваться для подачи к транспортным средствам крошечных электрических импульсов, каждый из которых состоит всего из нескольких сотен атомов, для питания их вокруг ипподрома, состоящего из атомов золота. По словам Иоахима, химическая структура каждого нанокара была специально разработана таким образом, что энергия этих импульсов продвигает его вперед.
Идея конкурса появилась в 2013 году, но организаторам потребовалось более трех лет, чтобы спроектировать ипподром, адаптировать STM для гонки и для команд для разработки своих нанокаров.
Девять команд первоначально подали заявки на участие, и шесть были отобраны, чтобы перейти к финальным этапам гонки. Только четыре нанокара смогут принять участие в этом дне, поэтому, по словам организаторов гонки, лучшие команды будут выбраны незадолго до гонки. В отличие от других соревнований по автоспорту, призовые деньги не поставлены на карту для команд; исследователи просто борются за трофей и хвастовство.
Технология, лежащая в основе расы, имеет потенциально преобразующее применение в различных областях - от медицины до микроэлектроники. Достижения в области электроники традиционно опираются на постоянно растущую миниатюризацию компонентов, таких как транзисторы, сказал Иоахим, и для продолжения этой тенденции в конечном итоге потребуется способность создавать устройства атом за атомом.
Эта технологическая реальность может быть далека, и трудно предсказать конечный потенциал молекулярных машин, но гонка поможет ответить на важные вопросы об их устойчивости к длительным импульсам от STM и способности координировать множество устройств на одном и том же поверхность, добавил Иоахим.
«Один урок, который мы выучим, будет: можем ли мы поместить четыре разных молекулы на одну поверхность и направить их на одну и ту же поверхность?» он сказал. «Это никогда не было сделано раньше, поэтому мы изучим оборудование, программное обеспечение, технологии, которые позволяют нам это делать».
