نانوروتورهایی با محرک‌های الکترونی

در آینده‌ی نه چندان دور با استفاده از نانوروبات‌های خودکار کارهای زیادی از قبیل مونتاژ مدارهای الکترونیکی و یا دارورسانی به نقاط مشخص بدن انجام خواهد شد؛ اما قبل از آن باید راهی عملی برای به حرکت درآوردن این دستگاه‌های کوچک یافت. در آینده‌ی نه چندان دور با استفاده از نانوروبات‌های خودکار کارهای زیادی از قبیل مونتاژ مدارهای الکترونیکی و یا دارورسانی به نقاط مشخص بدن انجام خواهد شد؛ اما قبل از آن باید راهی عملی برای به حرکت درآوردن این دستگاه‌های کوچک یافت. اخیراً جمعی از محققان دانشگاه ایلینویز آمریکا با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای و الهام از نانوموتورهای طبیعی نشان داده‌اند که می‌توان با استفاده از پدیده‌ی تونل‌زنی الکترونی، روتورهایی را برای به حرکت درآوردن این نانوموتورها ساخت. اگرچه این کار هنوز عملاً محقق نشده‌است، به عقیده‌ی محققان مدل رایانه‌ای آنها بسیار شبیه حرکت موتورهای زیستی واقعی است که به روش تونل‌زنی فوتونی انجام می‌شود. این محققان از شبیه‌سازی‌های دینامیکی مولکولی رایانه‌ای برای برای مدل‌سازی نانوموتورها استفاده کردند. این نانوموتورهای شبیه‌سازی شده محوری از جنس نانولوله‌های کربنی دارند که شاخه‌های مولکولی از طریق پره‌های رسانا به آن متصل می‌شود. در هر لحظه یک الکترون به شیوه‌ی تونل‌زنی از الکترودهای ثابت این روتور به پره‌های در حال حرکت آن، منتقل می‌شود و متناسب با بسته به نحوه‌ی قرار گرفتن پره‌ها کل دستگاه بر اثر ممان دوقطبی الکتریکی ایجاد شده در عرض روتور که نتیجه‌ی فرایند شارژ وتخلیه است، به اندازه‌ی 120 یا 60 درجه می‌چرخد. این ساز وکار بسیار شبیه به روشی است که در برخی موتورهای زیستی اتفاق می‌افتد، با این تفاوت که در این موتورهای مصنوعی، الکترون‌ها یکی پس از دیگری وارد و به‌ازای هر الکترون یک گردش ایجاد می‌شود؛ حال آنکه زیست‌موتورها تنها به‌وسیله‌ی تک فوتون‌ها به حرکت درمی‌آیند. به عقیده دانشمندان از آنجا که نواقص تک‌اتمی موجود در دستگاه‌های ریز مقیاس در اینجا تأثیری بر ساز و کار گردش روتور (به‌ویژه در صورتی که تعداد زیادی از این نوع روتورها به شکل موازی یا دسته‌ای کنار هم قرار گرفته باشند) ندارند، این ابزارها موتورهای بسیار قدرتمندی را با کاربردهای متنوع تشکیل خواهند داد. مزیت مهم دیگر این ابزارها آن است که در دمای اتاق کار می‌کنند که این یکی از شرایط اصلی تحقق ساخت و کاربرد آنها در دنیای خارج به‌شمار می‌رود. از همه مهم‌تر آنکه با استفاده از این روتورها می‌توان ماشین‌های نانومقیاسی مثل پروانه‌های مولکولی را نیز به حرکت درآورد؛ به‌طوری‌که به محض اتصال این نانوروتورها به پروانه‌های مولکولی امکان پمپ کردن نانومایعات و یا دستکاری و حرکت دادن سایر سیستم‌های نانومقیاس فراهم شود. این سیستم‌های مصنوعی از بسیاری جهات بر تمامی انواع مشابه زیست‌شناختی خود برتری دارند، مثلاً می‌توانند میلیون‌ها بار سریع‌تر از انواع طبیعی خود بچرخند، همچنین این روتورها و سایر نانوسیستم‌های مصنوعی دیگر را می‌توان با زیست‌موتورها ترکیب نموده، و سیستم‌های مرکب دیگری ایجاد کرد. گفتنی است تاکنون این محققان شبیه‌سازی‌های متعددی از نحوه‌ی کار این موتورها داشته‌ که گزارش آن در نشریه Physical Review Letters منتشر شده‌است.