Первые наноавтогонки в Тулузе. Как игрушки ученых превращаются в гениальные открытия

Ученые, как и все люди, не любят выдавать свои секреты. Особенно когда они работают над проектами, нацеленными на коммерческий результат. И когда вокруг полно конкурентов.

“Да так, в игрушки играемся, — уверяют ученые с невинной улыбкой. — Нам просто интересно научиться делать то, чего раньше никто не умел”.

Знаем мы эти их игрушки. Играют-играют, а потом получается ядерная бомба, лазер, компьютер, интернет или 3D-принтер.

Но все-таки есть способ разговорить ученых. Они, как и все люди, любят хвастаться. И когда хвастаются — ненароком выбалтывают кое-что из своих секретов.

Одна из научных областей, не слишком открытых широкой публике, — молекулярные машины. На вид такая машина — игрушка игрушкой, только очень маленькая. Настолько маленькая, что увидеть ее можно только в сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Она имеет всего несколько нанометров в длину и состоит лишь из сотни атомов или того меньше. Этого хватает, чтобы она могла катиться или ехать по неровной бугристой поверхности (а такой с точки зрения молекулы выглядит любая поверхность, даже если нам она кажется абсолютно гладкой).

О том, что в эти игрушки ученые играют не просто так, говорит хотя бы то, что в прошлом году изобретателям молекулярных машин дали нобелевскую премию по химии. Работы в этой научной области съедают немалые бюджеты. Один только СТМ стоит сотни тысяч долларов или евро. А ученые на этом дорогущем устройстве создают свои молекулярные машины поштучно. Никто не давал бы на такую забаву денег, да и сами ученые не тратили бы на нее годы своей жизни, если бы не маячила впереди надежда довести эти штуки до массового изготовления и применения.

К счастью, нашелся повод, который вынудил физиков и химиков, работающих в этом направлении, начать хвастаться. 28—29 апреля во Франции была проведена первая международная гонка молекулярных автомобилей Nanocar Race. Ее организатором выступил Национальный центр научных исследований (CNRS). Гонка проходила в центре CEMES в Тулузе. Из команд, подавших заявки, было отобрано, по совокупности разных критериев, сначала девять, затем шесть и уже перед самой гонкой четыре.

Может показаться странным, с чего бы это французы решили подбить команды из других стран выложить друг перед другом — и перед широкой публикой — свои карты. Разгадка проста до смешного. Дело в том, что французы недавно установили в центре CEMES новый СТМ, уникальный тем, что он четырехконтактный, то есть на нем могут работать одновременно четыре человека. Но тестирование и наладка нового микроскопа требовали дополнительных затрат. И французы, чтобы сэкономить свои бюджеты, придумали пригласить иностранные команды поработать совместно на принципах долевого участия. Назвали это мероприятие гонкой, и это дало возможность всем командам-участницам выбивать себе дополнительное финансирование. А некоторые даже обзавелись спонсорами из числа автомобильных концернов. Например, японцам помогла Toyota, немцам — Volkswagen, а французам — Groupe PSA.

И вот в результате такого стечения обстоятельств шесть команд из шести стран собрались в Тулузе, чтобы покрасоваться друг перед другом своими умениями. Помимо французов, немцев и японцев прибыли швейцарская, американская и американо-австрийская команды. Впрочем, поскольку технические возможности СТМ ограничивали число участников гонки четырьмя, то двум командам пришлось играть роль наблюдателей. Не смогли показать своих высших достижений японцы и хозяева-французы.

Финальное табло гонки зафиксировало, что лучше всех справилась с задачей объединенная команда Университета Райса (штат Техас, США) и Грацского университета (Австрия). Ее молекулярное авто более чем втрое опередило молекулярную машину команды Базельского университета (Швейцария). Однако, поскольку оба эти наноавтомобиля, в отличие от остальных, полностью преодолели дистанцию гонки, то им обоим присуждено первое место. Третье место заняла команда Университета Огайо (США), а четвертое досталось команде Дрезденского технического университета (Германия).

Конечно, интересно прежде всего то, о чем рассказали две наиболее успешные команды. Создатели самой шустрой молекулы из Техаса и Австрии подчеркивают, что их детище является результатом почти двух десятилетий исследований. Оно имеет все элементы автомобиля: колеса, мосты, рамы и многое другое, а также дипольную часть, которая облегчает направленное движение. Химическую формулу изобретатели держат в секрете. Однако более важно то, что они, пусть и вкратце, но поделились своими планами. Техасско-австрийская команда не собирается останавливаться на формуле, которая принесла ей победу, и готовится тестировать другие наноавтомобили, в том числе такие, которые способны питаться от света. Все нынешние наноавто питаются электрическими импульсами, получаемыми посредством СТМ.

Более разговорчивой оказалась швейцарская команда. Она изобрела свою молекулу с помощью знаменитого химика — профессора Катерины Хаускрофт, которая работает там же, в Базельском университете, и имеет мировое признание в деле разработки фотогальванических элементов. Наноавтомобиль, придуманный в Базеле, потенциально подходит для использования в солнечных батареях. Неудивительно, что в ответ на вопрос о дальнейших планах представители швейцарской команды заявили: “Почему бы не устроить следующие гонки для наноавтомобилей с питанием от света!”

Это в точности та идея, над которой работает техасско-австрийская команда. Но швейцарцы рассказали и о том, что может быть конечной целью: “Представьте функциональные поверхности, которые сами себя организовывают. Например, мобильный экран, который автоматически восстанавливает себя на молекулярном уровне, когда он был поцарапан”.

Молекулярный автомобиль с точки зрения химии — это всего лишь молекула, только достаточно хитро устроенная. Когда-нибудь такие молекулы можно будет печатать на 3D-принтере, подобном автосборочному конвейеру. Собственно, наноконвейер — это тоже молекулярная машина, только чуть покрупнее, чем наноавтомобиль.

Юрий ВИШНЕВСКИЙ