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◆16原子の史上最小モーターの発明 (スイス)

16原子の史上最小モーターの発明 スイス:量子トンネル効果解明の手がかりに <newsNueq-2805>より転載します。
貼り付け開始、

 GigaZine
 16個の原子から作られた世界最小モーターが開発される
 〜 量子物理学の謎をとく手がかりに 〜

 ------------------------------------------------------------------
 https://gigazine.net/news/20200617-smallest-motor-in-the-world/
 2020年06月17日 23時00分

 人間の髪の毛の直径の約10万分の1という極小サイズの「 分子モーター 」が、
 わずか16個の原子から作り出されました。

  分子モーターの模式図
https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/00.jpg
  https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/00.jpg

   みなさん、「 髪の毛の1/10万 」ってイメージできます?
    アホじゃねぇ〜〜〜の?
    だいたい、太い髪の毛の人と細い人、3倍以上の開きがある!
    いつまで、こんなアホみたいな比較してんだか!
    仮に、髪の毛の太さを0.08mmとして、1/10万は、
    0.8nm = 8オングストローム( 残念ながら記号にすると雲丹コードになる )。
    つまり、直径8μの赤血球の1/1万。
    IAMで使ってる位相差光学顕微鏡で捕らえられるソマチッドの
    最小サイズが10nmなので、8nmとアバウトして、
    その1/10ってことだ。
    ソマチッドセミナーで、血中ソマチッドのLive画像を見たことのある方なら
    そのサイズが「 とくと実感 」できることだろう。
    なんせ、その脇には巨大な赤血球が写ってるからね。
    ちなみにnueqlabに掲載してある血液画像では、
    解像度が相当に劣化してるので解らない。
    やはり、画像鮮度もその場でバラして刺し身で喰うのが一番だ!♪
                                  (^o^)b
    豚のレバ刺しって食べたことある?
    バラしたてはチョーーーー旨い♪
                   絶品!!!

    でもまぁ、nueqlab掲載のソマチッドも指標にはなる。
    あそこで確認できるのは、多分100nm以上のものだろう。
    確認できる最小ソマチッドを80nmと仮定すれば、
    だいたいその1/100ってことになる。
    80nmは元気な赤血球( は、あそこにはほぼ映ってないが )の1/100だ。


 スイス連邦材料試験研究所( Empa )と
 スイス連邦工科大学ローザンヌ校( EPFL )の研究チームが開発した
 世界最小のモーターは、マクロの世界と同様に
 「 エネルギーを運動に変換する 」という方法で稼働します。

 このようなモーターは自然界にも存在し、
 例えば筋肉を収縮させるモータータンパク質のミオシンがその1つです。

 いわゆる日常で使われるモーターと同様に、
 16個の原子から構成されるモーターにも固定子と回転子が存在します。

  一般的な( マクロな )モーター
https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/motor-2323171.jpg
  https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/motor-2323171.jpg


 分子モーターでは、モーターを動かすエネルギーが
 ランダムな方向からやってくる可能性があるため、
 モーターが機能するには回転の方向を固定する工夫が必要です。

 一般的に、方向性を持たせるためにはラチェット機構が使われますが、
 16個の原子によるモーターはラチェット機構を使うと、
 通常とは反対の動きを見せたとのこと。

  ラチェット機構の概念図
https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/01.png
  https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/01.png

 つまり、通常であれば歯止めは歯車の滑らかな面を沿って進み、
 エッジから急降下するとそこでロックされますが、
 分子モーターの場合、急なエッジを上る方が、
 滑らかな面を滑るよりもエネルギーを要しなかったのです。

 ただ原子の移動は「 ブロックされている方向 」が優先されるため、
 実質的な方向付けとして、ラチェット機構は成功しました。

 研究者は6つのパラジウムと6つのガリウム原子を使って三角構造の固定子を作成。
 この固定子は回転対称ではあるものの、線対称ではない形となっています。
 これにより、回転子が一方向に連続して回転するラチェットの原理が実現しました。

 アセチレンから作られた4原子を回転子として使った結果、
 回転子は固定子のまわりを99%の安定性で1方向に回り続けた
 と研究者は述べています。
 原子を使ってモーターを作る試みはこれが初めてではありませんが、
 「 安定した方向性を持って1方向に回転する 」という点は、他との大きな違いとのこと。


 16個の原子によるモーターは熱エネルギー・電気エネルギーの両方によって作用しますが、
 熱エネルギーの場合、室温だとモーターはランダムに動いてしまうとのこと。
 一方で電気エネルギーの場合は1つの電子で分子モーターを同じ方向に
 6分の1回転させることができましたが、
 エネルギー量を増加させると回転数は増えるものの、
 ラチェットを逆回転するほどのエネルギーが供給されてしまい、
 回転の方向がランダムになる傾向も見られました。

  分子モーター回転のX線解析画像と模式図
https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/1-thesmallestm.jpg
  https://i.gzn.jp/img/2020/06/17/smallest-motor-in-the-world/1-thesmallestm.jpg

   同・動画
  Empa Channel
  Smallest Motor in the World
  -----------------------------------
  https://youtu.be/g7COlp6hK3A

  0'39"

 このとき、古典物理学の立場に立つと、
 モーターが回転するには傾斜の抵抗に反して
 モーターを動かすための最低エネルギーが必要なはずですが、
 分子モーターに関しては最低エネルギーである
 「 マイナス256度の熱エネルギー 」
 あるいは「 30マイクロボルトの電気エネルギー 」以下でも動いたとのこと。
 このことから、古典物理学ではない、
 量子物理学の「 トンネル効果 」が発生していると考えられています。

  絶対零度は、ー273℃( セルシウス度 )。
   つまり、17Kがなんで「 モーターを動かす最低エネルギー 」なんだ?

 トンネル効果は、
 「 粒子がエネルギー的には超えることができない領域を通り抜けるという 」
 という現象であり、仮に分子モーターでトンネル効果が発生しているとすれば、
 不十分な運動エネルギーで傾斜に勝つことができるため、
 最低エネルギー以下でモーターが動くことも説明できます。
 しかし、実際にトンネル効果が起こっていれば、回転子は一方向に動かないはずとのこと。

 それにも関わらず、研究で作成された分子モーターは99%方向性が定まっています。
 ここから、研究者は「 トンネル効果が起こる時、わずかなエネルギーの消失が起こっている 」
 という可能性を示唆しています。

  トンネル効果は、量子物理学のアホどもが、
   量子の何たるかを捻じ曲げてきた歴史過程で屋上屋に屋上を付け足して
  「 柳が揺れればUFO 」現象に祭り上げた結果でしかない。
  「 全知全能の扉を開く(2)宇宙の摂理 」をきちんと理解したものなら
   たちどころに何が起きてるのか、その原理は解ることだろう。
   幼稚園児向けの謎々レベルだ♪
   但し、個々のケースに於いては様々なパラメーターが介在するので
   完全予想にはそれなりの作業が必要になる。
   で、完全コントロールはその先だ。
   ちなみに、上記「 U 」は「 ʌ 」の発音記号を用いるって、
    みなさんご存知でした?


 16個の原子からなる世界最小のモーターは、
 「 分子職人のためのオモチャを開発した 」というだけでなく、
 トンネル効果におけるエネルギー消失のプロセスと理由を明らかにするものとして、
 重要な知見を提供としていると研究者はみています。


 PNAS
 Molecular motor crossing the frontier of classical
 to quantum tunneling motion
 ------------------------------------------------------------
 https://www.pnas.org/content/early/2020/06/12/1918654117
 June 15, 2020

 Empa
 The smallest motor in the world
 ------------------------------------------------------------
 https://www.empa.ch/web/s604/molecular-motor
 Jun 16, 2020


 Anton Petrov
 This Is The Smallest Motor Ever Made - 16 Atoms Big!
 ------------------------------------------------------------
 https://youtu.be/j3mNH2vXTqA

 10'23"
 2020/07/05
 96,282 回視聴

  素晴らしい解説!
   上記文章より、こちらの方が遥かにわかりやすい♪
   日本語翻訳スーパーの表示方法、もう慣れてますよね?
 

なぜ、逆転しないかについては、この分子モーターのラチェット機構が
どんな風に作られてるのかの情報がないとわからない。



関連情報

  < newsNueq-1825:血管内を自在に移動する折り紙ナノロボット >
  < newsNueq-423 :細胞膜に「穴を開ける」分子機械 >
  < newsNueq-111 :癌幹細胞の自由航行権 >
  < newsNueq-2009:光エネルギーで蛋白質を合成する人工細胞の開発成功:東工大 >
  < newsNueq-2170:植物を超えた「人工光合成」東芝 >
  < newsNueq-1116:わずか2分子厚の超極薄×大面積の半導体 >
  < newsNueq-1968:グラフェン超える夢の新素材「 ボロフェン 」 >
  < newsNueq-1837:物体をナノスケールに縮小できる新技術、MITが開発 >

  < newsNueq-2570:武漢コロナウイルスにキラーナノロボットの特徴:中国科学院の元研究者 >
  < newsNueq-2636:人類総ナノチップ&スマートダスト接種計画:武漢コロナプロジェクト >

  < newsNueq-1018:モーター付き精子で男性不妊を解消 >
  < newsNueq-2066:シアノバクテリアは天然の除草剤だった! >

  < newsNueq-1333:仙台に超弩級のX線顕微鏡 >
  < newsNueq-517 :原子を瞬時にカラフルに描き出す >
  < newsNueq-925 :一眼レフカメラで「原子」の撮影に成功 >
  < newsNueq-2469:初撮影! 原子の結合・分離・再結合 >
  < newsNueq-251 :原子1個の内部電場の直接観察に成功 >
 

                              nueq
貼り付け終わり、ニュークさん解説。










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