Ученые из Университета Манчестера создали первого в мире «молекулярного робота», способного выполнять задачи на молекулярном уровне, в том числе и строительство других молекул. Эти крошечные роботы, размер которых не превышает одну миллионную долю миллиметра, могут быть запрограммированы на передвижение и строительство молекулярного груза с использованием крошечного роботизированного манипулятора. Каждый робот способен манипулировать отдельными молекулами и состоит из 150 атомов водорода, кислорода и азота. Для сравнения: нужно сложить миллиард миллиардов таких роботов, чтобы они стали одного размера с гранулой соли.
Роботы работают, перенося химические реакции в специальных растворах, которыми можно управлять и которые можно программировать для выполнения базовых задач. В будущем таких роботов можно будет использовать в медицинских целях, в промышленности и даже для создания молекулярных фабрик и конвейеров. Исследование было опубликовано в Nature 21 сентября.
Профессор Дэвид Ли, руководивший исследованием в химической школе при университете, объясняет так: «Все вещество состоит из атомов, а они являются кирпичиками, которые формируют молекулы. Наш робот – это буквально молекулярный робот, собранный из атомов, будто обычный робот – из кирпичиков LEGO. Робот отвечает на ряд простых команд, которые программируются посредством химических вводных учеными.
«Он похож на роботов, которые собирают автомобили на заводе. Они поднимают панель и позиционируют ее так, чтобы ее можно было правильно приклеить и построить кузов автомобиля. Таким образом, как и робот на заводе, наша молекулярная версия может быть запрограммирована на то, чтобы по-разному позиционировать и заклепывать компоненты, создавая разные продукты, только в гораздо меньших масштабах на молекулярном уровне».
Плюсы размеров таких машин в том, что они значительно снижают спрос на материалы, могут ускорить и улучшить поиск лекарств, значительно снизить требования к электропитанию и ускорить миниатюризацию других продуктов. Возможные применения молекулярных роботов и так называемых наноассемблеров, которые могут быть созданы на их основе, чрезвычайно широки.
«Молекулярная робототехника представляет собой наивысшую степень миниатюризации машин, — говорит профессор Ли. – Наша цель создать и сделать наименьшие из возможных машины. Это только начало, но мы полагаем, что через 10-20 лет молекулярные роботы будут повсеместно использоваться на молекулярных фабриках и сборочных линиях».
В то время как строительство и эксплуатация такой крошечной машины – чрезвычайно сложные процессы, методы, используемые командой Ли, основаны на простых химических процессах.
«Роботы собираются и функционируют с использованием химии. Это наука о том, как атомы и молекулы реагируют между собой и как большие молекулы собираются из тех, что поменьше».
«Точно так же ученые создают лекарства и пластмассы из простых химических строительных блоков. После того, как нанороботы собираются, ими можно управлять при помощи введения химических веществ, которые подсказывают роботам, что и когда делать, будто в компьютерной программе».