NanoCar Race II: ocho equipos de tres continentes se reúnen en la carrera más pequeña del mundo: la carrera de las moléculas

24.03.2022 - Alemania

Cuando escuchan el término "carrera de 24 horas", mucha gente puede pensar en Le Mans, Daytona o incluso Nürburgring. Pueden aparecer en la mente imágenes de coches de colores corriendo a una velocidad vertiginosa, acompañados de un ruido ensordecedor y el olor de la quema de combustibles de alto rendimiento. Pero en la NanoCar Race todo es diferente. Y en medio de todo ello se encuentra un equipo de la Universidad Técnica de Dresde y el IPF de Dresde.

Una carrera de 24 horas muy diferente

A finales de marzo, la segunda NanoCar Race tendrá lugar en Toulouse, en el CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica) francés. En este tipo especial de carrera, ¡todo es diferente a una carrera de coches clásica! En sentido estricto, sólo los pilotos de la carrera están sentados allí, mientras que las "pistas de carreras" se encuentran en ocho laboratorios diferentes de todo el mundo, uno de ellos en la TU Dresden. Dicho esto, los "coches" participantes son muy, muy pequeños: moléculas formadas por entre 50 y 200 átomos, no más grandes que unos pocos nanómetros. Para poner este régimen de tamaño en perspectiva: Un solo cabello humano tiene un grosor de unos 70.000 nanómetros.

¿Un microscopio como motor?

En este mundo cuántico, por supuesto, no se puede observar nada a simple vista, ni siquiera con los clásicos microscopios de luz: se necesitan máquinas muy especiales de alta tecnología, los llamados microscopios de barrido en túnel (STM). En estos microscopios, una punta afilada y de precisión atómica actúa como sonda y recorre la muestra. Se aplica un voltaje entre la sonda y la muestra, lo que provoca efectos mecánicos cuánticos. Estos efectos pueden aprovecharse para obtener información estructural sobre la muestra, hasta una resolución atómica. En la carrera de NanoCar, sin embargo, los STM no sólo se utilizan para estudiar los diminutos coches de carreras, sino también para manipularlos. Esto se debe a que las moléculas con ciertas estructuras y propiedades específicas pueden ser obligadas a moverse con impulsos eléctricos. El mecanismo de propulsión puede ser inelástico (relacionado con la excitación de modos vibracionales o con cambios estructurales inducidos por la corriente) o dipolar, resultante de la repulsión o la atracción entre el nanocoche y la punta del STM. En resumen, los electrones de la punta a la muestra son suficientes para desencadenar el movimiento en los nanocarros bien diseñados.

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Aquí está la clave de la victoria para los equipos de carreras: ¿qué molécula está mejor preparada para viajar lo más lejos posible en las 24 horas asignadas? "Lejos" es, por supuesto, un término relativo: las distancias recorridas serán de unos pocos nanómetros en el mejor de los casos. Sin embargo, los organizadores de esta carrera cuántica no han escatimado esfuerzos para que todo parezca un evento deportivo clásico. Habrá una retransmisión en directo de 24 horas, intercalada con reportajes sobre los distintos equipos y declaraciones oficiales que van desde la política hasta la ciencia. Como es habitual al final de cualquier evento de carreras, también habrá una ceremonia de entrega de premios de última generación.
La primera carrera de Nanocar tuvo lugar en abril de 2017 y fue seguida en directo en el canal de YouTube por más de 100.000 personas en todo el mundo.

La segunda carrera internacional de nanocarros se organiza dentro del proyecto FET OPEN "MEMO" (Mecánica con Moléculas), financiado por la UE. El proyecto está dirigido por la Dra. Francesca Moresco, jefa del grupo "Single Molecule Machines" (SMM) del Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) de la Universidad Técnica de Dresde.

Investigación fundamental, integrada en un formato accesible

Lo que parece una gran diversión tiene, en el fondo, un serio propósito científico. La investigación fundamental sobre moléculas móviles y controlables selectivamente allana el camino para futuros esfuerzos y aplicaciones científicas. Aunque hoy suene más a ciencia ficción que a ciencia, pronto estos nanocars podrían utilizarse para distribuir agentes médicos en el cuerpo humano, servir de motores para realizar el trabajo de diminutas micromáquinas o utilizarse como método alternativo para computar problemas complejos.

El equipo de Dresde

El equipo de Dresde GAzE (Explorador Alemán de Azuleno) incluye a todo el grupo SMM (coordinadores y pilotos), así como a las doctoras Franziska Lissel y Oumaima Aiboudi (Grupo de Materiales Electrónicos Funcionales del Instituto Leibniz de Investigación de Polímeros de Dresde - IPF) para la síntesis química, y al doctor Dmitry Ryndyk (TU Dresden, Cátedra de Química Teórica / Instituto Leibniz de Ciencia de los Materiales IFW), responsable de los cálculos teóricos y la modelización.

El nanocarro de Dresde tiene un núcleo de azuleno, que proporciona un elevado momento dipolar, mientras que los grupos laterales ayudan a desacoplarlo de la superficie. El azuleno es un hidrocarburo aromático azulado que se utiliza en productos cosméticos y como colorante. El compuesto de azuleno natural más conocido se encuentra en la manzanilla. Durante el Renacimiento, este aceite esencial de color azul intenso era bastante popular y solía obtenerse mediante destilación al vapor.

Lista de equipos certificados para la Nanocar Race II de marzo de 2022

StrasNanocar (Universidad de Estrasburgo / Francia)
SanCar (CFM-CSIC San Sebastián y Universidad de Santiago de Compostela/ ESPAÑA)
GAzE (TU Dresden e IPF Dresden, Alemania)
Rice-Graz NanoPrix (Universidad de Graz, Austria / Universidad de Rice, EEUU)
NANOHISPA (IMDEA Madrid, España)
TOULOUSE-NARA (CNRS y Universidad de Toulouse, Francia / NAIST Nara, Japón)
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