I slutningen af 1800'erne var Frankrig vært for verdens første konkurrencedygtige motorløb, og nu vil landet sætte scenen for den næste revolution inden for motorsport: det første nogensinde "nanocar" løb.
Fire hold kører små biler lavet af et enkelt molekyle på National Center for Scientific Research (CNRS) i Toulouse den 28. april. Konkurrencen udsendes live på YouTube for fans af både motorsport og avanceret videnskab.
Bortset fra at sætte et skue på, er konkurrencen rettet mod at demonstrere de voksende evner hos såkaldte molekylære maskiner. Tre europæiske akademikere vandt Nobelprisen i kemi i 2016 for at demonstrere evnen til at designe og bygge apparater på molekylært niveau, der fungerer som traditionelle maskiner ved at konvertere input-energi til mekanisk arbejde.
Flere af nanokarrene, der deltager i løbet, har en lignende indretning som konventionelle bilsignaler, men andre efterligner bevægelsen af ting lige så forskellige som larver, svævefly og vindmøller. Christian Joachim, seniorforsker hos CNRS og direktør for NanoCar Race, fortalte Live Science, at arrangørerne var ivrige efter at bevare den innovative ånd i tidlige motorsport.
"I 1894 blev det første bilrace nogensinde arrangeret mellem Paris og Rouen, og hvis man ser nøje på, besluttede de på det tidspunkt at beholde alle former for fremdrift," sagde han. "I vores konkurrence har tre biler fra tre forskellige hold hjul, et kabinet, lignende ting. Tre er intet som det. Vi accepterede en stor variation af molekylære design med det formål at prøve at forstå, hvad der fungerer bedst."
Løbet muliggøres ved hjælp af et one-of-a-kind scanning tunneling mikroskop (STM). En STM giver forskere mulighed for at afbilde og manipulere individuelle atomer ved hjælp af en ultrafine metallisk spids, men enheden, der er placeret på CNRS, har fire spidser, der giver fire forskellige brugere mulighed for at arbejde på den samme overflade samtidig.
Disse tip vil blive brugt til at levere små elektriske impulser til køretøjerne - der hver består af kun et par hundrede atomer - til at drive dem rundt om en racerbane lavet af guldatomer. Den kemiske struktur af hver nanocar er specielt designet, så energien fra disse impulser driver den fremad, sagde Joachim.
Ideen til konkurrencen kom i 2013, men det har taget mere end tre år for arrangørerne at designe racecourse, tilpasse STM til løbet og for holdene at designe deres nanocars.
Ni hold ansøgte oprindeligt om at deltage, og seks blev valgt til at gå videre til de sidste faser af løbet. Kun fire nanocars vil være i stand til at deltage på dagen, så de bedst forberedte hold vælges kort før løbet, ifølge racearrangørerne. I modsætning til andre konkurrence i motorsport er der ingen præmiepenge på spil for holdene; forskerne kæmper bare for et trofæ og pralerettigheder.
Teknologien i hjertet af løbet har potentielt transformative anvendelser inden for områder, der spænder fra medicin til mikroelektronik. Fremskridt inden for elektronik har traditionelt været afhængige af den stadigt stigende miniaturisering af komponenter som transistorer, sagde Joachim, og at fortsætte denne tendens vil i sidste ende kræve evnen til at konstruere enheder atom for atom.
Denne teknologiske virkelighed kan være langt væk, og det er svært at forudsige det ultimative potentiale for molekylære maskiner, men løbet vil hjælpe med at besvare vigtige spørgsmål om deres robusthed over for vedvarende impulser fra STM og evnen til at koordinere flere enheder på samme overflade, tilføjede Joachim.
"En lektion vi vil lære, er, kan vi virkelig placere fire forskellige molekyler på den samme overflade og drive dem på den samme overflade?" han sagde. "Dette er aldrig blevet gjort før, så vi lærer os maskiner, software, teknologi, der gør det muligt for os."
