Come i Lego su piccola scala che scattano in posizione, la natura mette insieme in modo autonomo blocchi microscopici. I sistemi viventi sono macchine biochimiche che eccellono nel costruire e spostare le loro parti. Proprio come le macchine hanno bisogno di energia in qualche forma per funzionare, i sistemi viventi sono energizzati consumando "carburante" - sostanze o cibo - in modo affidabile. Il corpo umano, Per esempio, contrae i muscoli mediante il movimento di minuscoli nanomotori, dispositivi molecolari che convertono energia su scala nanometrica per generare movimento su scala macro. La capacità di imitare l'autoassemblaggio della natura rivoluzionerebbe l'approccio della scienza alla sintesi di materiali che potrebbero guarire, contratto o riconfigurare.

Per esplorare questo potenziale mimetismo, Jeremie Palacci, professore associato di fisica dell'Università della California a San Diego, e lo studioso post-dottorato Antoine Aubret, insieme al Professor Stefano Sacanna e al suo team alla New York University, ha introdotto un nuovo approccio per assemblare blocchi microscopici appositamente progettati in piccole macchine simili a ingranaggi. I risultati della loro ricerca sono descritti in un documento intitolato, "Assemblaggio mirato e sincronizzazione di microingranaggi a rotazione automatica, " pubblicato il 23 luglio online in Fisica della natura .

"Questo è un primo passo importante in ciò che possiamo costruire sinteticamente per emulare i sistemi viventi, " ha osservato Palacci.

Gli elementi costitutivi sono microparticelle autoalimentate che si spingono dopo essere state attivate dalla luce. Gli scienziati li hanno progettati appositamente per rilevare autonomamente i gradienti di luce e navigare in schemi di luce. Ciò porta al loro notevole assemblaggio in un solo tipo di macchina:un autoformante, microingranaggio di filatura composto da sette di queste microparticelle:una "macchina fatta di macchine".

Come una soffice materia condensata, il fisico sperimentale Palacci ha affermato che il team ha assemblato i microingranaggi in motivi più sofisticati e macchine più grandi, sincronizzazione come ingranaggi meccanici, anche se non sono in contatto.

"Questa non è magia, ovviamente, ma fisica, " ha detto Palacci. "Gli ingranaggi si sentono e interagiscono attraverso il carburante che consumano e il liquido che muovono".

Aubret ha affermato che è stato emozionante vedere cosa si potrebbe fare in termini di autoassemblaggio utilizzando due semplici ingredienti:segnali luminosi e un blocco di costruzione ben progettato.

"Invece di raccogliere le particelle una per una, abbiamo appena sovrapposto schemi di luce con la nostra configurazione ottica, e lascia che le particelle e i rotori facciano il lavoro, " ha spiegato. "Certo, è stato molto lavoro per arrivare qui, ma questo è solo l'inizio della storia. Apre nuove strade per la nostra ricerca, e speriamo di poter salire ancora di più nella gerarchia dei processi di autoassemblaggio".

Secondo Germano Iannacchione, Direttore del programma NSF che ha supervisionato la sovvenzione di Palacci, l'obiettivo della ricerca sulla materia soffice non è solo comprendere i principi fondamentali che governano questo vibrante e diversificato campo della scienza, ma anche tradurre questi principi in mezzi per controllare la materia in modi nuovi.

"La parte eccitante di questo lavoro è la scoperta di come controllare e assemblare piccole particelle in più grandi, strutture progettate che possono poi essere manipolate usando la luce. Questa ricerca è un bellissimo esempio di realizzazione di una minuscola proto-macchina che non si tocca mai, " disse Iannacchione.