В 2005 году профессор Джеймс Тур и его коллеги из техасского Университета Райса (Rice University) создали молекулярную механическую «конструкцию» – цельномолекулярный четырехколесный «наноавтомобиль», шириной около 2 нм, работающий на поглощении энергии света (рис. 46). Он состоял примерно из трех сотен атомов и имел раму и оси (фениленэтиленовый олигомер), химически связанные ковалентными связями с четырьмя фуллереновыми колесами (бакиболлами), то есть сферами из 60 атомов.
Рис. 46. Схематичная атомная конструкция наноавтомобиля
Первый «наномобиль» проявил способность к перемещению только по золотой поверхности и только в интервале температур 170–225 °C из-за высоких сил сцепления (адгезии) с поверхностью золота при более низких температурах.
С помощью электронного микроскопа было установлено, что «наноавтомобиль» может двигаться только в перпендикулярном направлении к осям конструкции, что указывает на реализацию вращающего движения колес, а не их скольжение по поверхности.
На разработку и создание «наноавтомобиля» потребовалось восемь лет. Причем самой сложной задачей оказался как раз поиск решения о креплении четырех фуллереновых колес несущей части. Рама «наноавтомобиля» была изготовлена учеными при помощи реакций кросс-сочетания, катализируемых палладием, причем эта работа заняла менее 10 % затраченного времени. При этом у фуллереновых «колес» оказались слишком большие потери на адгезию, и их пришлось заменить карборановыми (борорганическими).
В 2009 году, по некоторым сообщениям [сайт Rice University, 30.01.2009], американские ученые профессор Стефан Линк (Stephan Link), Анатолий Коломейский и др. усовершенствовали предыдущую разработку, создав «наномашину», двигавшуюся уже при комнатной температуре и непроводящей (не золотой) поверхности. Они также снабдили конструкцию флуоресцентной меткой, позволившей замерить скорость передвижения автомобиля – 4,1 нм/с (14,76 мкм/час). Можно считать, что на настоящий момент это мировой рекорд скорости для «наноавтомобилей», который заслуживает занесения в «Книгу рекордов Гиннесса».
Данная конструкция представляет собой первый шаг в направлении молекулярного производства (эволюционной нанотехнологии) и открывает возможности изучения манипулирования вещами на наноуровне в небиологических системах, о чем писал Эрик Дрекслер. В планах ученых – создание грузовых нанотранспортных средств («наногрузовиков») для перевозки грузов (молекул) к конвейерам нанофабрик.
Наибольшее внимание это направление исследований получило в электротехнике, ниже оно будет рассмотрено подробнее, поскольку в будущем послужит переходным звеном к радикальным нанотехнологиям.