В ходе недавних трех исследований в химической отрасли был совершен прорыв в сфере создания насосов и роторных двигателей на молекулярном уровне. Микроскопические устройства пока не готовы к официальной премьере и реальному использованию, однако перспективы у
Привычные нам двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо для получения тепла, которое за счет своей высокой энергии толкает поршни, шестерни и остальные механизмы в строго заданном направлении. Однако на уровне молекул действует совершенно другой принцип. Из-за исчезающе малого размера корпускулярных частиц молекулярные роторы при поступлении тепла с равной вероятностью могут двигаться как по часовой стрелке, так и против. Молекулы движутся хаотично, из-за чего слаженная работа большого количества микродвигателей становится невозможной.
В течение многих лет Фрейзер Стоддарт – химик-органик из Северо-Западного университета – бился над решением описанной проблемы. Наконец он добился результата и смог создать одну из первых молекулярных машин на химической основе, за что удостоился Нобелевской премии в 2016 году. Команда ученых под управлением Стоддарта изобрела микроскопические кольца, которые «накручиваются» на молекулярную ось и снимаются с нее под действием определенных реагентов. Поначалу хаотичный характер движения роторов сохранялся, а значит, они были бесполезными.
Однако со временем команда Стоддарта решила вопрос беспорядочного движения микромоторов. В декабре 2021 года в издании Science ученые сообщили о том, что им удалось иммобилизировать очередное поколение молекулярных насосов, используя для этого металлоорганический каркас. Исследователи буквально прикрепили каждый микроскопический ротор на эту конструкцию и задали строго определенное положение, которое сохранялось на всем протяжении эксперимента.
Дэвид Ли – химик из Манчестерского университета – вместе со своей командой ученых пошел еще дальше и буквально на днях создал микроскопический ротор, который непрерывно вращается, пока имеет доступ к «топливу». На текущий момент ротор вращается крайне медленно, совершая около трех оборотов в сутки. Исследователи работают над ускорением этого процесса, а также буквально каждый день открывают новые правила создания молекулярных механизмов.