I nanomeccanici della Rice University e dell'Università di Houston si stanno preparando a far girare i motori per la seconda gara internazionale di Nanocar.

Anche se dovranno azionare i freni un po' più a lungo del previsto, poiché la gara è stata anticipata di un anno al 2022, il team di Rice sta portando avanti nuovi progetti introdotti nell'American Chemical Society's Giornale di chimica organica .

Il lavoro condotto dai chimici James Tour of Rice e Anton Dubrovskiy dell'Università di Houston-Clear Lake aggiorna le auto con ruote di tert-butile che dovrebbero aiutarle a percorrere il percorso tracciato su una superficie d'oro, con piloni costituiti da pochi atomi ben disposti.

Come la loro partecipazione vincente alla prima Nanocar Race internazionale del 2017, queste nanocar hanno momenti di dipolo permanenti per aumentare la loro velocità e guidabilità sulla superficie.

"I dipoli permanenti rendono le auto più suscettibili ad essere influenzate da gradienti di campo elettrico, che servono per azionarli e manovrarli, " Ha detto Tour. "È una caratteristica che abbiamo introdotto per la prima competizione, e sono sicuro che molte delle voci ora avranno questo elemento di design avanzato integrato nelle loro nanocar".

I modelli di quest'anno sono anche più leggeri, poco più dei 100 atomi minimi richiesti dalle nuove normative. "L'auto che abbiamo usato nella prima gara aveva solo 50 atomi, " ha detto Tour. "Quindi questo è un aumento sostanziale del peso molecolare, come richiesto dagli standard aggiornati." È probabile che gli organizzatori della gara volessero rallentarci dall'ultima volta, quando abbiamo terminato la gara di 30 ore in sole 1,5 ore, " Egli ha detto.

Per portare le auto oltre i 100 atomi ottimizzando le loro sintesi, i ricercatori hanno utilizzato un processo modulare per realizzare cinque nuove auto con tutto tert-butile, tutte le ruote adamantiliche (come nelle precedenti nanocar) o combinazioni delle due.

A 90 atomi, auto con solo ruote in butile, che riducono al minimo le interazioni con la pista, e il telaio più corto erano troppo piccoli. Utilizzando combinazioni di ruote, il laboratorio Rice ha realizzato nanocar con 114 atomi. "Questo mantiene il peso al minimo rispettando i requisiti di gara, " Disse Giro.

Le nanocar saranno nuovamente guidate da un team dell'Università di Graz in Austria guidato dal professor Leonhard Grill. Il team ha portato il veicolo Rice al traguardo nel 2017 e ha un'enorme esperienza nelle manipolazioni dirette al microscopio a scansione di tunnel, Tour ha detto. I gruppi Grill e Tour si ritroveranno in Francia per la gara.

L'obiettivo principale del concorso è quello di promuovere lo sviluppo di nanomacchine in grado di svolgere un lavoro reale, come trasportare carichi su scala molecolare e facilitare la nanofabbricazione.

"Questa gara spinge i limiti della progettazione di nanocar molecolari e dei metodi per controllarli, " Tour ha detto. "Quindi attraverso questo processo competitivo, l'esperienza mondiale è elevata e l'intero campo della nanomanipolazione è incoraggiato a progredire più velocemente".

La gara, originariamente previsto per la prossima estate, è stato ritardato dalla pandemia. I corridori dovranno ancora radunarsi in Francia per essere supervisionati dai giudici, ma tutte le squadre controlleranno le loro auto via Internet su binari sotto la scansione di microscopi a tunnel nei loro laboratori domestici.

"Quindi i piloti saranno insieme, e le auto e le piste saranno disperse in tutto il mondo, " Tour ha detto. "Ma la distanza di ogni traccia sarà identica, entro pochi nanometri."

Il candidato Rice-Graz ha vinto la gara 2017 con un asterisco, mentre la sua macchina si muoveva così velocemente sulla superficie dorata che era impossibile catturare immagini per giudicare. La squadra è stata quindi autorizzata a correre su una superficie argentata che offriva una resistenza sufficiente e ha terminato il percorso di 150 nanometri in 90 minuti.

"Il corso doveva essere di soli 100 nanometri, ma la squadra è stata penalizzata per aggiungere altri 50 nanometri, " Tour ha detto. "Alla fine, non era comunque una barriera." Il primo premio sulla pista d'oro è andato a una squadra svizzera che ha terminato un percorso di 100 nanometri in sei ore e mezza.

Il laboratorio di Tour ha costruito la prima auto al mondo a singola molecola nel 2005 e da allora ha attraversato molte iterazioni, con il relativo sviluppo di motori molecolari che perforano le cellule per fornire farmaci.

Lo studente laureato di Rice, Alexis van Venrooy, è l'autore principale del documento. I coautori sono l'alunno di Rice Victor García-López e lo studente universitario John Tianci Li. Dubrovskiy è un assistente professore di chimica all'Università di Houston-Clear Lake e un visitatore accademico alla Rice. Tour è il T.T. e W.F. Chao Chair in Chimica e professore di informatica e di scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice.