Un grupo de físicos construyó recientemente el motor más pequeño jamás creado a partir de un solo átomo. Como cualquier otro motor, convierte la energía térmica en movimiento, pero lo hace en una escala menor que la vista antes. El átomo está atrapado en un cono de energía electromagnética y se utilizan láseres para calentarlo y enfriarlo. lo que hace que el átomo se mueva hacia adelante y hacia atrás en el cono como el pistón de un motor.

Los científicos de la Universidad de Mainz en Alemania que están detrás de la invención no tienen un uso particular en mente para el motor. Pero es un buen ejemplo de cómo somos cada vez más capaces de replicar las máquinas de uso cotidiano en las que confiamos a pequeña escala. Esto abre el camino a algunas posibilidades interesantes en el futuro, particularmente en el uso de nanorobots en medicina, que podrían enviarse al cuerpo para liberar medicamentos dirigidos o incluso combatir enfermedades como el cáncer.

La nanotecnología se ocupa de objetos ultrapequeños equivalentes a una mil millonésima parte de un metro de tamaño, que suena a una escala increíblemente pequeña en la que construir máquinas. Pero el tamaño es relativo a lo cerca que estás de un objeto. No podemos ver cosas a nanoescala a simple vista, al igual que no podemos ver los planetas exteriores del sistema solar. Sin embargo, si hacemos zoom, con un telescopio para los planetas o un poderoso microscopio electrónico para nanoobjetos, cambiamos el marco de referencia y las cosas se ven muy diferentes.

Sin embargo, incluso después de verlo más de cerca, todavía no podemos construir máquinas a nanoescala utilizando herramientas de ingeniería convencionales. Mientras que las máquinas regulares, como los motores de combustión interna en la mayoría de los automóviles, operar de acuerdo con las reglas de la física establecidas por Isaac Newton, las cosas a nanoescala siguen las leyes más complejas de la mecánica cuántica. Entonces, necesitamos diferentes herramientas que tengan en cuenta el mundo cuántico para manipular átomos y moléculas de una manera que los use como bloques de construcción para nanomáquinas. Aquí hay cuatro máquinas más pequeñas que podrían tener un gran impacto.

Motor de grafeno para nanorobots

Investigadores de Singapur han demostrado recientemente un motor simple pero de tamaño nanométrico hecho de una pieza de grafeno altamente elástica. El grafeno es una lámina bidimensional de átomos de carbono que tiene una resistencia mecánica excepcional. Insertar algunas moléculas de cloro y flúor en la red de grafeno y disparar un láser hace que la hoja se expanda. Encender y apagar rápidamente el láser hace que el grafeno bombee hacia adelante y hacia atrás como el pistón de un motor de combustión interna.

Los investigadores creen que el nanomotor de grafeno podría usarse para impulsar pequeños robots, por ejemplo, para atacar las células cancerosas del cuerpo. O podría usarse en un llamado "laboratorio en un chip", un dispositivo que reduce las funciones de un laboratorio de química en un paquete pequeño que se puede usar para análisis de sangre rápidos. entre otras cosas.

Nano-rotor sin fricción

Los rotores que producen movimiento en máquinas como motores de aviones y ventiladores suelen sufrir fricción, lo que limita su desempeño. La nanotecnología se puede utilizar para crear un motor a partir de una sola molécula, que puede girar sin ningún tipo de fricción. Los rotores normales interactúan con el aire de acuerdo con las leyes de Newton a medida que giran y experimentan fricción. Pero, a nanoescala, los rotores moleculares siguen la ley cuántica, lo que significa que no interactúan con el aire de la misma manera y, por lo tanto, la fricción no afecta su rendimiento.

De hecho, la naturaleza ya nos ha demostrado que los motores moleculares son posibles. Ciertas proteínas pueden viajar a lo largo de una superficie mediante un mecanismo de rotación que crea movimiento a partir de la energía química. Estas proteínas motoras son las que hacen que las células se contraigan y, por lo tanto, son responsables de nuestros movimientos musculares.

Investigadores de Alemania informaron recientemente sobre la creación de un rotor molecular colocando moléculas en movimiento dentro de un pequeño agujero hexagonal conocido como nanoporo en una fina pieza de plata. La posición y el movimiento de las moléculas hizo que comenzaran a girar alrededor del agujero como un rotor. De nuevo, esta forma de nanomotor podría usarse para impulsar un pequeño robot alrededor del cuerpo.

Nanocohetes controlables

Un cohete es el vehículo más rápido creado por el hombre que puede viajar libremente por el universo. Varios grupos de investigadores han construido recientemente un Versión a nanoescala controlada a distancia de un cohete mediante la combinación de nanopartículas con moléculas biológicas.

En un caso, el cuerpo del cohete estaba hecho de una perla de poliestireno recubierta de oro y cromo. Este se adjuntó a múltiples moléculas de "motor catalítico" utilizando hebras de ADN. Cuando se coloca en una solución de peróxido de hidrógeno, las moléculas del motor provocaron una reacción química que produjo burbujas de oxígeno, obligando al cohete a moverse en la dirección opuesta. Hacer brillar un rayo de luz ultravioleta en un lado del cohete hace que el ADN se rompa, desmontar los motores y cambiar la dirección de viaje del cohete. Los investigadores esperan desarrollar el cohete para que pueda usarse en cualquier entorno, por ejemplo, para administrar medicamentos a una zona determinada del cuerpo.

Nanovehículos magnéticos para transportar drogas

Mi propio grupo de investigación se encuentra entre los que trabajan en una forma más sencilla de transportar fármacos a través del cuerpo que ya se está explorando con nanopartículas magnéticas. Los medicamentos se inyectan en una estructura de capa magnética que puede expandirse en presencia de calor o luz. Esto significa que, una vez insertado en el cuerpo, pueden guiarse al área objetivo usando imanes y luego activarse para expandirse y liberar su fármaco.

La tecnología también se está estudiando para la obtención de imágenes médicas. Crear las nanopartículas para que se acumulen en ciertos tejidos y luego escanear el cuerpo con una resonancia magnética (IRM) podría ayudar a resaltar problemas como la diabetes.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.