L’ultime miniaturisation : sans émissions néfastes, cette voiture silencieuse à 4 roues motrices, développées conjointement par les chercheurs de l’Empa et leurs collègues néerlandais de l’université de Groningue, représente une construction légère poussée à son extrême. La voiture nano se compose d’une seule molécule et se déplace sur quatre roues à propulsion électrique dans une ligne presque droite sur une surface de cuivre.
Pour entreprendre un travail mécanique, on se tourne généralement vers les moteurs, qui transforme l’énergie chimique, thermique ou électrique en énergie cinétique afin, par exemple, de transporter des marchandises d’un point A à un point B. La nature fait la même chose ; dans les cellules, les protéines dites motrices, comme la kinésine et l’actine des protéines musculaires mènent à bien cette tâche. Habituellement, elles glissent le long d’autres protéines, semblable à un train sur des rails et dans le processus de “brulent” l’ATP (adénosine triphosphate), le carburant chimique, pour ainsi dire, du monde vivant.
Un certain nombre de chimistes ont pour objectif d’utiliser les mêmes principes et concepts dans la conception de machines de transport moléculaire, qui pourrait alors effectuer des tâches spécifiques à l’échelle nano. Selon un article paru dans la dernière édition du magazine scientifique "Nature" (lien en bas de cet article), des scientifiques de l’université de Groningue et de l’Empa (Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche, Suisse) ont réussi à passer “une étape décisive sur la voie des systèmes artificiels de transport à l’échelle nanométrique". Ils ont synthétisé une molécule à partir de quatre unités rotatives motrices, les roues en l’occurrence, qui peut se déplacer en ligne droite d’une manière contrôlée. "Pour ce faire, notre voiture n’a ni besoin de rails, ni d’essence, elle fonctionne à l’électricité. Elle doit être la plus petite voiture électrique au monde et elle a même 4 roues motrices“, commente le chercheur de l’Empa, Karl-Heinz Ernst.
La représentation de cette minuscule voiture par Ars Tecnica :
L’inconvénient : la petite voiture, qui mesure environ 4×2 nanomètres, environ un milliard de fois plus petite qu’une voiture moyenne, a besoin d’être ravitaillé en électricité (une tension d’au moins 500 mV) après chaque révolution de la moitié des roues, via la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM). Par ailleurs, en raison de leur conception moléculaire, les roues ne peuvent tourner que dans un sens. “En d’autres termes: il n’y a pas de marche arrière", explique Ernst, qui est également professeur à l’Université de Zurich.
La molécule organique complexe est posée sur une surface de cuivre et une pointe STM est à proximité pour appliquer une tension d’au moins 500 mV. Les électrons traversent la molécule, déclenchant ainsi de réversibles changements structurels dans chacune des quatre unités motrices.
Une autre expérience a montré que la molécule ne se comporte vraiment pas comme prévu. Une partie de la molécule peut tourner librement autour de l’axe central, une liaison CC simple, le châssis de la voiture, pour ainsi dire.
Les chercheurs ont atteint leur premier objectif, une “preuve de concept", c’est-à-dire qu’ils ont été en mesure de démontrer que les molécules individuelles peuvent absorber l’énergie électrique extérieure, pour la transformer en mouvement ciblé. La prochaine étape envisagée par le cabinet Ernst et ses collègues, est de développer des molécules qui pourraient être pilotées par la lumière, peut-être sous la forme de lasers.
La recherche publiée sur Nature : Electrically driven directional motion of a four-wheeled molecule on a metal surface.
