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Un nanomoteur à rotor réversible sur un roulement monoatomique

Un nanomoteur constitué d’une molécule, tournant autour d'un axe réduit à un seul atome, voilà qui avait déjà été réalisé à l'aide d’un microscope à effet tunnel. On vient de faire mieux : le rotor moléculaire présenté dans un article de Nature Nanotechnology peut, lui, tourner dans les deux sens ! Voilà un succès qui doit réjouir les apôtres des nanotechnologies.

Le schéma du nouveau nanomoteur piloté par un microscope à effet tunnel. Il s'agit d'un nanomoteur réversible cette fois-ci. On voit en rouge au centre l'atome de ruthénium, qui sert en quelque sorte de roulement à billes. © Nature Nanotechnology Le schéma du nouveau nanomoteur piloté par un microscope à effet tunnel. Il s'agit d'un nanomoteur réversible cette fois-ci. On voit en rouge au centre l'atome de ruthénium, qui sert en quelque sorte de roulement à billes. © Nature Nanotechnology

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Si l’on en croit l’un des gourous du transhumanisme, Ray Kurzweil, les progrès des nanotechnologies et de l’informatique vont radicalement changer notre monde dans moins de 50 ans. L’un des premiers prophètes de ce nouvel âge, où tout sera possible ou presque si on les prend au sérieux, est l’ingénieur américain K. Eric Drexler. Il a exposé ses idées dans un livre paru en 1986, Engines of Creation.

L’une des inspirations de ce livre provient d’une conférence donnée en 1959 par le légendaire Richard Feynman. Le prix Nobel de physique y lançait notamment un défi doté d'un prix de 1.000 dollars : la construction d'un moteur électrique tenant dans un cube de 6,35 mm d'arête. Onze mois plus tard, l'ingénieur William McLellan remporta le prix en construisant un moteur de 250 mg tournant à 2.000 tours/minute, fait de 13 pièces.

Des micromoteurs aux nanomoteurs

Drexler prit connaissance du compte rendu de cette conférence en 1979 et commença à explorer l’idée de manipuler la matière à l’échelle des atomes et des molécules pour réaliser des exploits jusque-là impossibles. On pouvait par exemple imaginer de réparer des cellules à l’aide de nanorobots fonctionnant à l’aide de nanomoteurs.

En 1989, des chercheurs d’IBM réussirent à écrire le nom de leur société sur une surface en nickel, avec 35 atomes de xénon manipulés à l’aide d’un microscope à effet tunnel. Depuis, on assiste à l’essor des nanotechnologies.

Les idées de K. Eric Drexler sur les nanotechnologies sont présentées dans son ouvrage de 1986, Engines of Creation. © David Orban, Wikipédia
Les idées de K. Eric Drexler sur les nanotechnologies sont présentées dans son ouvrage de 1986, Engines of Creation. © David Orban, Wikipédia

Les nanomoteurs, science-fiction ou réalité de demain ?

Les idées de Drexler ont été critiquées en 2001 par le prix Nobel Richard Smalley, l’un des découvreurs des fullerènes, affirmant que jamais les nanorobots de Drexler ne verraient le jour. On peut penser qu’il sortira tout de même quelque chose des rêves issus des nanotechnologies.

Des nanomoteurs sont bel et bien réalisés depuis quelques années, même s’il est douteux qu’ils permettent de réaliser dans quelques décennies des objets comme les fameux respirocytes de Robert Freitas. Mais qui peut vraiment savoir ?


Le microscope à effet tunnel, mis au point par les laboratoires d’IBM à Zurich en 1981, utilise une pointe très effilée constituée de quelques atomes seulement qui va survoler la surface d’un échantillon à la distance d’un nanomètre. Cette technique est disponible, avec d'autres, au laboratoire de surfaces du synchrotron Soleil. Dailymotion

Toujours est-il qu’un article vient d’être publié dans Nature Nanotechnology, annonçant la réalisation d’un rotor réversible qui se trouve au sommet d'une sorte de roulement constitué d’un seul atome de ruthénium. Il forme l'un des sommets d’un tétraèdre dont les autres sont occupés par trois molécules similaires à des bases azotées de l’ADN. Un atome d’azote de ces molécules est lié à l’atome de ruthénium et un autre à un atome de bore. Une molécule plus complexe à cinq branches repose sur l’atome de ruthénium et peut tourner dans un plan.

Ce nanomoteur repose sur trois pieds adsorbés sur une surface d'or et la structure moléculaire à cinq branches est mise en rotation par l'injection d'électrons, effectuée à l'aide d'un microscope à effet tunnel. Ce principe a déjà été exploité mais ici la rotation peut s’effectuer dans les deux sens.

Le progrès est modeste mais significatif et il démontre les avances techniques dans cette voie difficile. Pour réaliser de véritables nanorobots de Drexler, il faudrait mettre en mouvement ce genre de nanomoteur à l’aide d’un autre nanosystème. On n’en est pas encore là...


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