Sólo 16 átomos: Científicos construyen el motor más pequeño de la historia

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Un grupo de científicos logró construir un motor con tan sólo 16 átomos. No conformes con ésto, los expertos también fueron capaces de observar directamente a través de un microscopio de efecto túnel.

“Lo que lograron hacer estos científicos en este artículo de PNAS, fue hacer un motor mecánico de escala menor que la escala molecular. Hacerlo a escala atómica (muchos átomos crean moléculas), usaron una molécula de acetileno, que está compuesta por sólo 2 carbonos y 2 hidrógenos (H2C2), y utilizarla como una “barra” que gira sobre una estructura de un cristal de paladio-galio”, explica a Futuro 360, Bruno Grossi, investigador Núcleo Milenio de Metamateriales.

“Al poner todo el sistema a 17 grados sobre el cero absoluto, -256ºC aproximadamente, y hacer pasar una corriente eléctrica muy débil, lograron hace que esta ‘barra’ de acetileno girara sobre el cristal, y lo más importante, la mayor parte del tiempo (más del 99%) en un sentido y no de forma azarosa. Por lo que en teoría se puede extraer trabajo mecánico, al igual que un motor mecánico creado por nosotros y que se ocupan en todos lados y para muchas cosas”, agregó Grossi.

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Esta diferencia en el favoritismo energético de rotación en una dirección específica la entregó la base. La estructura de cristal de paladio y galio permitió que el movimiento a lo largo de la superficie se diera más fácilmente en una dirección que en otra.

La ingeniería tras el revolucionario experimento

“Para que un motor haga un trabajo útil, es esencial que permita que el engranaje se mueva en una sóla dirección”, aseguró en un comunicado oficial Oliver Gröning, investigador a cargo del proyecto.

Por ejemplo, si el motor de un auto cambiara repentinamente la dirección de su rotación de sus caballos de fuerza los viajes a bordo de estas máquinas serían completamente impredecibles. La incapacidad de definir el sentido de un movimiento, es un problema que la mecánica atómica no había podido resolver hasta ahora.

De hecho, el sistema construído se comportó de forma errática aún a temperaturas 17ºC sobre el 0 absoluto. Sin embargo, a bajas temperaturas la barrera energética de rotación de una sóla dirección se volvió significativamente más alto que la otra.

“Es por esto que el motor mantuvo al 99% su estabilidad direccional, lo que lo distingue de otros motores moleculares similares”, agregó Gröning.

El experimento

El equipo sueco tras el motor realizó un video explicando su trabajo ahí vemos cómo colocaron el engranaje de acetileno en una base (los puntos rojos y azules) de 12 átomos de paladio y galio.

Los científicos observaron una simulación digital del motor (parte a colores), que explica en detalle el registro del experimento que tomaron los científicos (parte gris). Las unidades grises representan moléculas de acetileno, las cuales se fabricaron con solo dos átomos de carbono y dos protones.

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Una vez instalado, el sistema se enfrió a una temperatura sólo 17 grados por sobre el 0 absoluto. Cuando las moléculas se enfriaron, se les aplicó una corriente eléctrica que provocó un movimiento rotatorio controlado.

¿Mini-motores dentro de nuestro cuerpo?

“En la naturaleza los sistemas mecánicos similares a los rotores, es decir, algo que gira en una dirección alrededor de un eje, aprovechan el paso de altos potenciales energéticos a bajos potenciales de energía, lo que sucede de forma natural según la segunda ley de termodinámica, aprovechándola en forma de trabajo. Así es como los organismos podemos movernos, por dar un ejemplo”, apunta Bruno Grossi.

“Pero para hacer esto eficientemente tenemos que controlar que el traspaso de energía pueda generar movimiento en una sola dirección, para asegurar la eficiencia del proceso”, explicó el especialista.

Sin embargo, en la naturaleza los rotores son muy poco frecuentes, ya que los animales no cuentan con ruedas. Las pocas veces que las encontramos, son en tamaños moleculares y asociados a flagelos u otros elementos que utilizan algunas células para trasladarse. “La intención de los científicos de crear motores de escala molecular está impulsada por el deseo de crear nanobots y elementos que puedan ser utilizados a nuestro antojo y disposición dentro de incluso una célula”, agregó Grossi.

Esta investigación marca el comienzo de la fabricación de motores a escala nanoscópica, lo que permitiría hacer dispositivos mecánicos o robots tan pequeños que podrían reparar tejidos al interior de nuestro cuerpo, “ingresar a nuestras células para colaborar en los procesos celulares o ser enviados en millares como robots enjambres, para hacer trabajos de inspección en lugares de riesgo para el ser humano”, concluyó el especialista de la Universidad de Chile.