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3-D-Geometrie des Nano-Autos

Liebling, wir haben das Auto geschrumpft

Wann ist ein Auto ein Auto? Aus der Sicht eines Teams von Nanotechnologen braucht es dazu ein Chassis, das von vier Rädern in eine Richtung bewegt wird. Genau so etwas haben die Forscher nun hergestellt: Das nur Milliardstel Meter große Fahrzeug ist ein Weltrekord in Sachen Miniaturen.

Nanotechnologie 09.11.2011

Das Nano-Auto besteht aus einem einzigen Molekül und fährt auf vier elektrisch angetriebenen Rädern nahezu geradlinig über eine Oberfläche, berichten die Entwickler um Ben Feringa von der Universität Groningen und Karl-Heinz Ernst vom Schweizer Institut für Materialwissenschaftler Empa in einer Studie.

Es sei zwar nicht das erste künstlich angetriebene Molekül, aber das erste, das sich aus eigener Kraft gerichtet über eine Oberfläche bewegen könne, heißt es in einem Begleitkommentar in "Nature". Die Forscher sehen ihr Design als Schritt zur Entwicklung von Nanomaschinen, die einmal auf der Molekülskala Arbeit verrichten könnten.

3-D-Geometrie des Nano-Autos

Randy Wind/Martin Roelfs

Das 4 x 2 Nanometer kleine Molekül-Auto fährt auf seinen elektrisch angetriebenen Rädern über eine Kupferoberfläche

Die Natur als Vorbild

Um mechanische Arbeit zu verrichten, greifen wir oft auf Motoren zurück. Mit diesen wird chemische, thermische oder elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt und z.B. für Transportzwecke verwendet. In der Natur verrichten so genannte Motorproteine wie z.B. Kinesin oder Aktin diese Aufgabe und verbrauchen dabei zumeist ATP (Adenosintriphosphat).

Ziel vieler Chemiker ist es, dies als Vorbild zu nehmen und molekulare Transportmaschinen herzustellen. Wie die Forscher in ihrer aktuellen Studie schreiben, wurde nun erstmals ein Molekül aus vier rotierenden Motoreinheiten synthetisiert, das kontrolliert geradeaus fahren kann.

"Dabei braucht unser Auto weder Schienen noch Benzin; es fährt mit Strom. Es dürfte das kleinste Elektromobil der Welt sein - und dann noch mit Allradantrieb", meinte Empa-Forscher Karl-Heinz Ernst in einer Aussendung.

Motoren dienen als Räder

Für ihr Nano-Elektroauto montierten die Forscher vier bereits früher entwickelte molekulare Motoren an einen zentralen Träger. Die Motoren der komplexen Kohlenstoff-Wasser-Verbindung übernehmen die Rolle der Antriebsräder.

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Über diese Studie berichtet auch "Wissen aktuell", Do., 10.11., 13:55 Uhr

Um das fahrende Designer-Molekül in Bewegung zu versetzen, wird es von oben über die Spitze eines Rastertunnelmikroskops mit Strom versorgt. Ein kurzer Spannungspuls von einem halben Volt ändert die Konfiguration der molekularen Motoren. Drehen sie sich alle in dieselbe Richtung, sollte der Auto-Winzling rund 0,7 Nanometer vorwärts rucken.

Die Forscher ließen ihr molekulares Vierrad-Elektrofahrzeug auf diese Weise mit zehn Impulsen etwa sechs Nanometer weit über eine Kupferoberfläche fahren. Das zeige, dass dieses Auto fast in der Ideallinie geradeaus gefahren sei, schreiben sie. Fast, weil "es nicht ganz trivial ist, alle vier Motoreinheiten zeitgleich anzuregen", so Karl-Heinz Ernst.

Video-Animation des Nano-Autos:

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Aber ohne Rückwärtsgang

Es gibt auch noch weitere kleine Unannehmlichkeiten: Die Forscher haben bisher noch keinen Weg gefunden, bei der Produktion alle Antriebsräder zuverlässig in derselben Drehrichtung zu montieren. Sie müssen daher durch Versuche solche Nano-Autos herausfischen, die tatsächlich vorwärts fahren. "Es gibt keinen Rückwärtsgang", so Ernst lakonisch, der auch Professor an der Universität Zürich ist.

Ein erstes Ziel hat das niederländisch-schweizerische Team jedenfalls erreicht, ein "proof of concept", demzufolge einzelne Moleküle externe elektrische Energie aufnehmen und in eine gezielte Bewegung umwandeln können. Als nächstes planen die Forscher Moleküle zu entwickeln, die sich mit Licht antreiben lassen, etwa in Form eines UV-Lasers.

science.ORF.at/dpa

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