Αυτή τη φορά, μια από τις πιο αρχαίες εφευρέσεις της μηχανικής –ο περίφημος κοχλίας του Αρχιμήδη, που σχεδιάστηκε στην αρχαία Ελλάδα για την άντληση νερού– «συρρικνώθηκε» στα όρια της νανοκλίμακας, δίνοντας ζωή σε έναν επαναστατικό μοριακό κινητήρα, που υπόσχεται να αλλάξει το μέλλον της τεχνολογίας.

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες μπορούσαν να κατασκευάσουν απλά μόρια που αντιδρούσαν στο φως ή σε χημικά ερεθίσματα. Το να δημιουργηθεί όμως μια στερεή, μηχανική διάταξη που συνδέεται απευθείας με ηλεκτρόδια, τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα και περιστρέφεται ελεγχόμενα, αποτελούσε μέχρι πρόσφατα σενάριο επιστημονικής φαντασίας. Στο πλαίσιο μιας διεθνούς συνεργασίας, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Michael Pittelkow στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης σχεδίασε ένα ειδικό σπειροειδές μόριο, μεγέθους ελάχιστων εκατομμυριοστών του χιλιοστού.

Στη συνέχεια, επιστήμονες στο Ινστιτούτο Weizmann στο Ισραήλ στερέωσαν το μόριο ανάμεσα σε δύο χρυσές ακίδες ατομικών διαστάσεων. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση, τα ηλεκτρόνια που διαπερνούν τη σπείρα δρουν όπως ο αέρας στα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας, αναγκάζοντας το μόριο να περιστραφεί. Το ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι οι ερευνητές μπορούν να αλλάζουν την κατεύθυνση περιστροφής, δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα, απλώς αντιστρέφοντας την πολικότητα του ρεύματος, δημιουργώντας το πρώτο πλήρως ελεγχόμενο ηλεκτρικό μοτέρ σε ατομικό επίπεδο.

Στον μακροσκοπικό μας κόσμο, όταν θέτουμε σε λειτουργία μια μηχανή, αυτή καταναλώνει ενέργεια. Εδώ όμως συνέβη το ακριβώς αντίθετο. Οι κβαντικές προσομοιώσεις που πραγματοποίησε η ομάδα θεωρητικής φυσικής του Πανεπιστημίου του Άουγκσμπουργκ, υπό τον καθηγητή Fabian Pauly στον υπερυπολογιστή LiCCA, αποκάλυψαν μια απρόσμενη ανακάλυψη: όταν ο μοριακός κοχλίας άρχισε να γυρίζει, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του συστήματος εκτοξεύτηκε κατά 100 φορές.

Η αιτία αυτού του φαινομένου είναι μοναδική. Όταν το μόριο βρίσκεται σε ακινησία, αποφεύγει φυσικά συγκεκριμένες εσωτερικές διατάξεις που διευκολύνουν το ρεύμα. Η ίδια η περιστροφική κίνηση είναι εκείνη που «ξεκλειδώνει» αυτές τις κρυφές διαδρομές υψηλής αγωγιμότητας. Με απλά λόγια, η κίνηση δεν είναι μόνο το αποτέλεσμα του ηλεκτρισμού, αλλά μετατρέπεται στο «κλειδί» για να ρέει το ρεύμα έως και 100 φορές πιο εύκολα μέσα από τη μηχανή.

Η σημασία αυτού του επιτεύγματος για το μέλλον είναι τεράστια, καθώς ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία νανο-ηλεκτρονικών υπολογιστών και κυκλωμάτων που δεν θα βασίζονται σε παραδοσιακές πλακέτες πυριτίου, αλλά σε μεμονωμένα μόρια που λειτουργούν ως αυτόνομοι διακόπτες και ενισχυτές ρεύματος. Παράλληλα, στους τομείς της σπιντρονικής και της μικρορευστονικής, η τεχνολογία αυτή επιτρέπει τον σχεδιασμό απείρως μικρότερων αισθητήρων και ιατρικών διατάξεων που μπορούν να διαχειρίζονται ελάχιστες ποσότητες ρευστών ή δεδομένων με ελάχιστη ενεργειακή κατανάλωση.

Στα απώτατα όρια της σμίκρυνσης, η αρχαιοελληνική μηχανική συνάντησε την κβαντική πραγματικότητα. Ο μοριακός κοχλίας του Αρχιμήδη απέδειξε ότι στα χέρια της σύγχρονης επιστήμης, η κίνηση και ο ηλεκτρισμός μπορούν να συνεργαστούν σε ατομική κλίμακα, επαναπροσδιορίζοντας τα όρια του τι θεωρείται τεχνολογικά εφικτό.

^{photo: pixabay}