Rotori molecolari e nano-robot in nostro aiuto

Molecole come robot che si muovono in completa autonomia spostando materiali e costruendo strutture.
Questo è quanto gli scienziati si attendono dai rotori molecolari, delle molecole progettate per ruotare su loro stesse e spostarsi sfruttando energia fornita dall’esterno, il cui sviluppo può ricevere un notevole contributo dallo studio e dalle simulazioni condotte da Andrea Vanossi del centro S3 di INFM-CNR, Alexander Filippov del Donetsk Institute for Physics and Engineering e Michael Urbakh della School of Chemistry della Tel Aviv University.

I tre scienziati hanno infatti individuato una proprietà di questi rotori che può semplificarne drasticamente la realizzazione: hanno scoperto che molecole che ruotano su una superficie – indipendentemente dal modo in cui ruotano – riescono comunque a spostarsi in una specifica direzione se la superficie su cui si muovono è “ben fatta”, se possiede cioè una corretta struttura atomica. E che la superficie può agire come un “binario”, permettendo quindi di strutturare il loro movimento ad hoc.


Vari tipi di rotori molecolari, alimentati dall’energia chimica, dalla luce, e persino dall’elettricità, sono già stati realizzati dagli scienziati. Ma non si è ancora capito come controllarne la rotazione per costringerli a girare in un solo verso e ad una data velocità in modo affidabile. Questo è un aspetto chiave per il loro sfruttamento, dato che è proprio ruotando che queste molecole lavorano. Ruotando possono infatti trasformarsi in nano-robot specializzati in molti compiti diversi: trasportatori di materiale, pompe nanometriche (magari all’interno di dispositivi miniaturizzati di analisi), o veri e propri robot costruttori automatizzati (ad esempio in grado di realizzare transistor). Senza questo controllo, la loro rotazione pseudocasuale li porta a spostarsi in modo imprevedibile, e quindi inutilizzabile. Diventa allora chiara l’importanza del lavoro di Vanossi e colleghi: i loro risultati indicano infatti che per tutta una importante famiglia di questi rotori (quelli che ruotando si spostano lungo una superficie), il problema di controllare con precisione la rotazione può essere accantonato. “Ci siamo accorti”, ha commentato Vanossi, “che non importa in che modo queste molecole girano, né se lo fanno in modo regolare, perché attraverso la superficie li possiamo guidare quasi come su un binario. Per alcuni tipi di rotori molecolari, questo davvero può eliminare tantissimi problemi teorici e tecnici”. Fonte: Ufficio stampa CNR-Istituto Nazionale per la Fisica della Materia 2009. Filippov AE, Vanossi A , Urbakh M. Rotary motors sliding along surfaces. Phys Rev 2009; E 79, 021108. Doi:10.1103/PhysRevE.79.021108