Volle Kontrolle: Deutsche Forscher haben das kleinste aktiv angetriebene Zahnradgetriebe der Welt konstruiert. Das Bauteil aus zwei molekularen Zahnädern ist weniger als zwei Nanometer groß und besteht aus nur 71 Atomen. Dennoch lässt sich seine Bewegung gezielt mithilfe von Licht steuern, ohne dass thermische Effekte dies stören. Damit könnte dieses Bauteil ein entscheidendes Problem vieler Nanomaschinen lösen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Chemistry“ erklären.
Ob Nanoroboter, molekulare Rotoren, Nano-Vehikel oder Greifer im Miniaturformat: Bauteile und Maschinen im Nanomaßstab gibt es heute schon einige. Im Jahr 2016 gab es für die Entwicklung molekularer Maschinen sogar den Chemie-Nobelpreis. Meist werden diese Nanomaschinen aus chemischen Molekülen zusammengesetzt, deren Form und Verhalten dem gewünschten Zweck entsprechen. Auch für Zahnräder gibt es bereits erste molekulare Gegenstücke.
Durchrutschende Zähne
Das Problem jedoch: Bisher lässt sich die Bewegung molekularer Zahnräder und Getriebe nur schwer kontrollieren. Der Grund: „Anders als in der makroskopischen Welt spielen Reibung und Trägheit in der molekularen Welt keine wichtige Rolle“, erklären Aaron Gerwien von der Universität München und seine Kollegen. „Als Folge ist ein Durchrutschen eher die Regel als die Ausnahme und verhindert selbst bei hochgradig vernetzten molekularen Systemen eine echte Getriebeschaltung.“
Hinzu kommt, dass die von der Wärmeenergie der Umgebung erzeugten Schwingungen der Moleküle, die Brownsche Molekularbewegung, die kontrollierte Bewegung zusätzlich stört. Die meisten Nanozahnräder bewegen sich nur passiv und zufällig vor- und zurück – was für eine molekulare Maschine wenig hilfreich ist.
