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    顯微鏡下的車賽

    2022-12-07 09:05:56簡明
    大科技·百科新說 2022年7期
    關鍵詞:比賽

    簡明

    預備,各就各位,出發(fā)!一場賽車比賽拉開了序幕,現(xiàn)場卻沒有觀眾吶喊助威,也沒有常規(guī)的跑道和賽車。它們在哪兒?

    世界上最小、最慢的賽車比賽

    這是一場肉眼無法直接觀看的賽車比賽,參與競速的賽車只有幾納米長,約相當于頭發(fā)絲直徑的萬分之一,行駛速度最高只有每小時幾十納米。

    2022年3月24日至25日,第二屆納米賽車比賽在法國圖盧茲國家科研中心實驗室里舉行,8支來自不同國家或地區(qū)的研究團隊要用他們設計制作的分子賽車角逐冠軍。比賽全程都依靠掃描隧道顯微鏡進行,參賽團隊要通過顯微鏡觀察、控制賽車的前進和轉彎,讓賽車在24小時的賽程內行駛盡可能遠的距離、通過更多的彎道。

    原子拼出的分子賽車

    這些賽車看上去像是由許多小球組成的,這些小球就是原子。原子是構成物質的微觀粒子,就像一塊塊樂高積木。一些物質是由相同的“積木”直接拼成,一些則是由不同的“積木”先組成小零件——分子,再由分子構成的。每輛賽車由100~1000個原子組成。

    各隊的賽車造型都不同,但基本特征就是有兩個或四個輪子連接在底盤上。

    在黃金賽道“飆車”

    雖然參賽者們集中在圖盧茲的實驗室比賽,但賽場位于各隊所在國家或地區(qū)的8個實驗室。賽道非常奢華,是由純金片打造,不過,總寬度只有8毫米。其外表看似光滑,經(jīng)顯微放大后能看到表面上排列著一些彎曲且寬度不均的小凹槽,賽車就在凹槽中行駛。凹槽起到了固定賽車的作用,以免這些比細菌還小的車跑著跑著就跑丟了,但這也讓分子賽車在過彎道時很容易被卡住。

    用攝像機駕駛賽車

    這么小的分子賽車自然是無人駕駛的,應該說沒有什么生物能坐在上面開車,那賽車是如何移動的呢?

    每隊的賽場都有一臺掃描隧道顯微鏡,各隊在圖盧茲的實驗室中用電腦遠程操控各自的顯微鏡。掃描隧道顯微鏡要作為賽車的跟拍攝像機,利用其成像功能將比賽畫面放大,讓人能看到。與此同時,它也是賽車的驅動器。顯微鏡上有一個探針,用探針對著賽車隔空放電一次,賽車就能移動幾納米到幾十納米,但禁止探針直接碰觸賽車。

    最終,來自日本和西班牙的兩支隊伍獲得并列冠軍,兩隊賽車分別行駛了1054納米和678納米,各完成了54次轉彎。

    以研究為目的的比賽

    納米賽車比賽并非科學家在科研工作之余的消遣。

    這些納米賽車實際上就是人工合成的分子機器,向分子機器提供能量,就能讓其移動執(zhí)行特定任務。這項比賽能幫助科學家精進分子機器設計技術。未來這些分子機器可能就會在人們看不到的微觀世界完成各項工作,比如將藥物運送到人體中,幫助制造微型機器等。

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