BRATISLAVA. Keď bratia Wrightovci začiatkom 20. storočia úspešne vyskúšali prvé lietadlo, ľudia vynálezu najprv nerozumeli. Pýtali sa, načo svet potrebuje lietajúce stroje? Odvtedy na lietajúcich strojoch bojujeme vo vojnách, cestujeme po planéte a skúmame vesmír.
Obrovské stroje poháňame vďaka revolučnému objavu elektrických motorov. Vedci, ktorí sa v 19. storočí ako prví hrali s kľukami a kolieskami, tiež nemohli tušiť, aké rôzne využitia prinesú.
Holandský organický chemik Bernard Feringa sa aj v roku 2016 vie vcítiť do kože Orvilla a Wilbura Wrighta. Priznal to v rozhovore po získaní tohtoročnej Nobelovej ceny za chémiu.
Švédska kráľovská akadémia vied ho spolu s Jean-Pierrom Sauvageom a Jamesom Fraserom Stoddartom ocenila za dizajn a syntézu molekulárnych strojov. Nikto zatiaľ nevie, kde všade ich budeme môcť využiť, ale máme skvelé možnosti.
Revolúcia z nanosveta
Trojica vedcov sa zaoberá vývojom najmenších strojov na svete. Sú také malé, že ich neuvidíte ani svetelným mikroskopom. Skúste si vytiahnuť z peňaženky občiansky preukaz, na hrúbku meria približne milimeter. No a teraz si predstavte niečo miliónkrát menšie.
Revolúciu strojov z takéhoto nanosveta predpovedal nobelovský laureát Richard Feynman už v roku 1959. Veril, že sa nám podarí ovládať hmotu na atómovej škále a vytvoriť stroje vo veľkosti nanometrov.
Prvou podmienkou úspechu boli molekuly s ovládateľnými pohyblivými časticami. Na ich vznik však vedci potrebovali aj nový typ väzby.
Molekuly väčšinou držia pokope takzvanými kovalentnými väzbami, kde jednotlivé atómy majú spoločné elektróny. Výzvou však bolo vytvoriť molekuly s mechanickými väzbami, ktoré sa jednoduchšie ovládajú, pretože fungujú ako pánty, a nie ako lepidlo.
Objavil koleso
Prielom prišiel v roku 1983 vďaka tímu francúzskeho chemika Jeana-Pierra Sauvagea. Podarilo sa im vytvoriť reťazec prstencových molekúl (catenanes), ktoré sa dokážu hýbať nezávisle od seba. Išlo vôbec o prvú molekulu, ktorá sa dala takto ovládať.
Postupne dokázali aj s pomocou Jamesa Stoddarta vyrobiť aj komplikovanejšie útvary - napríklad trojlístkový uzol známy z keltských krížov alebo molekulárnu verziu Šalamúnovho uzla.
Práve Stoddart urobil v roku 1991 ďalší dôležitý krok k molekulárnym strojom. Škótsky chemik síce vyrastal na farme bez televízie a počítača, no pre nanosvet podľa denníka Washington Post znovu objavil koleso.
V roku 1991 vytvoril takzvanú rotaxanu. Na tenkú molekulárnu nápravu vsunul prstencovú molekulu, ktorá sa dokázala po náprave posúvať. Vedci zistili, že pohyb vedia ovládať zmenami pH, svetlom alebo teplotou.
Rotaxana odvtedy slúžila ako základ pre viacero molekulárnych strojov: výťah, ktorý sa dokáže zdvihnúť 0,7 nanometra nad povrch, molekulárny sval aj počítačový čip s pamäťou 20 kilobajtov.
Molekulárny motor
Prelomovými molekulárnymi strojmi sa inšpiroval aj Feringa. V roku 1999 vyrobil prvý molekulárny motor, ktorý poháňalo ultrafialové svetlo a dokázal sa krútiť do jednej strany.
Vyriešil tak problém náhodného a nepredvídateľného pohybu molekulárnych systémov. Pomocou molekulárnych motorov sa mu dokonca podarilo roztočiť desaťtisíckrát väčší sklenený valec. Pred piatimi rokmi pripojil štyri motorčeky na molekulárny podvozok a zostrojil prvé molekulárne auto.
"Hneď ako dokážete ovládať pohyb, máte motor, môžete uvažovať nad rôznymi funkciami," oznámil Feringa Nobelovej komisii pri telefonickom rozhovore po vyhlásení cien.
Nebojí sa zneužitia
Odvetvie molekulárnych strojov je zatiaľ v rovnakej fáze, v akej boli v 30. rokoch 19. storočia elektrické motory. "Táto oblasť prešla dlhú cestu. Teraz musíme ukázať, že je užitočná," povedal Stoddart ešte v roku 2015 časopisu Nature.
Potenciál malinkých strojov už ocenila Nobelova komisia. Mohli by napríklad presnejšie a účinnejšie dávkovať liečivá do rakovinových buniek alebo posunúť vývoj inteligentných materiálov.
Prípadného zneužitia ich objavov sa Feringa nebojí. "Keď budeme schopní navrhnúť tieto nanoroboty, budeme mať aj možnosť zabudovať do nich viaceré bezpečnostné prvky pre prípad potreby," povedal Nobelovej komisii.
Molekulárne stroje však môžu byť aj zdrojom zábavy. Na budúci týždeň sa napríklad vo Francúzsku uskutočnia prvé preteky nanoáut.
Hlavný zdroj: Kráľovská akadémia vied
