Νανοκινητήρες υψηλών ταχυτήτων από Ρώσους ερευνητές

Ρώσοι φυσικοί δημιούργησαν ένα νέο είδος νανομοτέρ, το οποίο μετατρέφει τη ενέργεια του φωτός σε μηχανικές κινήσεις και το οποίο μπορεί να κινείται σε προγραμματισμένη κατεύθυνση με υψηλές ταχύτητες ρεκόρ και να μεταφέρει πάνω του φορτίο, αναφέρεται σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Journal of Chemical Physics.

“Τα χαρακτηριστικά ρεκόρ που διαθέτουν δημιουργούν ελπίδες για το ότι οι νανομηχανές αυτές δεν καλύπτουν απλώς το κενό που υπάρχει στην οικογένεια των γραμμικών φωτομοτέρ, αλλά θα έχουν τις πιο ευρείες εφαρμογές, στους τομείς εκείνους που απαιτείται ταχεία μεταφορά νανοσωματιδίων. Στη χημεία και τη φυσική, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργηθούν νέα εργαλεία ανάλυσης και σύνθεσης, στην βιολογία και την ιατρική για την μεταφορά φραμάκων και στην γονιδιακή θεραπεία”, δήλωσε ο Λεονίντ Τραχτεμπέργκ, από το Ινστιούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας που βρίσκεται στην πόλη Ντολγκοπρούντνι, σύμφωνα με το γραφείο τύπου του ιδρύματος.

Φέτος το βραβείο Νόμεπελ Χημείας και Φυσικής δόθηκε για την δημιουργία και την ανάπτυξη των νανομηχανών, που είναι κατασκευές στο επίπεδο του ατόμου, που μοιάζουν ως προς την δομή τους και τις αρχές λειτουργίας τους σε συνήθη μοτέρ (κινητήρες) αντλίες και άλλες μηχανικές κατασκευές. Για παράδειγμα το 2011 ο νομπελίστας Μπεν Φέρινγκα δημιούργησε ένα ιδιόμορφο “νανοαυτοκίνητο”, το οποίο μπορούσε να κινηθεί σε ευθεία γραμμή, να στρίβει δεξιά και αριστερά, χρησιμοποιώντας ως πηγή ενέργειας την βελόνα ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.

Ένα από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τέτοιους είδους κατασκευές, όπως λέει ο Τράχτενμπεργκ, είναι η δυσκινησία τους, καθώς κατά κανόνα, δεν μπορούν να κινούνται με υψήλή ταχύτητα σε ευθεία γραμμή, κάτι που δεν επιτρέπει να βρούν πρακτική εφαρμογή οι περισσότερες εκδοχές νανομηχανών.

Οι Ρώσοι φυσικοί, ανακάλυψαν τον τρόπο για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, δημιουργώντας ένα νέο τύπο νανοκινητήρων, που έχουν ως πηγή ενέργειας το φως και όχι το ηλεκτρικό ρεύμα. Οι επιστήμονες είχαν δημιουργήσει και κατά το παρελθόν παρόμοιες κατασκευές, ωστόσο αντιμετώπιζαν μεγάλα προβλήματα με τον χειρισμό τους.

Οι κινητήρες αυτοί υπήρξαν στην ουσία δημιουργήματα της ίδιας της φύσης, με τα πλησιέστερα ανάλογα τα ιδιαιτερα λευκώματα, τα οποία κινούνται κατά κύριο λόγο προς μία κατεύθυνση υπό την επίδραση της χαοτικής κίνησης Μπράουν. Η ιδιαίτερη δομή των μοτέρ αυτών, που μοιάζουν με συλλογή κυλίνδρων που είναι ο ένας πάνω στον άλλο, τα εμποδίζει να κινηθούν προς την μία κατεύθυνση υπό την επίδραση των “ωθήσεων” των άλλων μορίων, χάρη στα οποία δεν κινούνται με τρόπο χαοτικό, αλλά σχεδόν σε ευθεία γραμμή.

Τέτοιες κατασκευές, ή μοτέρ που βασίζονται στην κίνηση Μπράουν, όπως τα αποκαλούν οι επιστήμονες, αποτελούν την βάση των μυικών κυττάρων, στελεχών των βακτηρίων και βοηθούν στην μεταφορά των μορίων εντός των κυττάρων αλλά ακόμη και μεγάλων σωματιδίων ύλης. Οι διαδικασίες αυτές συντελούνται με εκπληκτική υψηλή αποτελεσματικότητα που φθάνει το 100%.

Οι Ρώσοι επιστήμονες προσπαθούν περισσότερο από δέκα χρόνια να αναπαράγουν αυτή την “ναντοεχνολογία ” της φύσης και τώρα μπόρεσαν να κατανοήσουν, πως να χειρίζονται την ταχύτητα με την οποία λειτουργούν αυτά τα μοτέρ και πως συμπεριφέρονται υπό την επίδραση του φωτός.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των φυσικών από το Ινστιούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας και το Ινστιτούτο Φυσικής της Χημείας (N.N. Semenov Institute of Chemical Physics,) της Ακαδημίας Επιστημών, τα φωτομοτέρ που βασίζονται στα μη οργανικά νανοσωματίδια θα είναι πιο αποτελεσματικά και ταχύτερα από τα φυσικά τους ανάλογα που οικοδομούνται με οργανικά μόρια. Σύμφωνα με τον Τραχτεμπέργκ και τους συναδέλφους του, τα νανομοτέρ μπορούν να πετύχουν υψηλές ταχύτητες ρεκόρ, που θα φθάνουν το 1 mm το δευτερόλεπτο, που είναι χίλιές φορές μεγαλύτερη από τη ταχύτητα των μοτέρ της φύσης που βασίζονται στην κίνηση Μπράουν και τα οργανικά νανομοτέρ που έχουν δημιουργήσει άλλοι χημικοί και φυσικοί.