Le piccole molecole robot

Ricercatori italiani, ucraini e israeliani hanno chiarito come molecole in rotazione quasi caotica riescano a muoversi secondo una precisa direzione. Una scoperta che potrà semplificare la realizzazione dei rotori molecolari, molecole artificiali capaci di trasportare materiali, pompare fluidi e costruire autonomamente strutture infinitesimali. Il lavoro pubblicato su PRE*.

Molecole come robot, che nel mondo dell’infinitamente piccolo 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 se stesse e spostarsi sfruttando energia fornita dall’esterno, il cui sviluppo può ricevere un notevole contributo dallo studio e le 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 Univerisity.

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.”.

*) “Rotary motors sliding along surfaces” – Alexander E. Filippov, Andrea Vanossi and Michael Urbakh. Phys. Rev. E 79, 021108 (2009), 9 febbraio 2009. Doi:10.1103/PhysRevE.79.021108

Fonte: CNR-Istituto Nazionale per la Fisica della Materia