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【科学ニュース】世界初のナノカー・レース、フランスで今月末開催

フランス南西部のトゥールーズで4月28-29日に、世界初の国際分子カー・レースが開催される。出場するナノカーは数百の原子で構成され、微弱な電気パルスの駆動により、金原子でできた全長100ナノメートルのレーシングコースを38時間以内に走破することを目指す。

トゥールーズにあるフランス国立科学研究センター(CNRS)の材料精緻化・構造研究センター(CEMES)にコースが設営され、4つの金属チップを持つ独自の顕微鏡の下で各ナノカーがレースに臨む。CNRSが主催するこのレースは、何よりも科学およびテクノロジー上のチャレンジであり、その模様はYouTubeの「Nanocar Race」チャンネルで公開される。レース開催の目的は、競技の如何ではなく、分子マシンの観察と制御における研究の進展にある。

フランス、ドイツ、スイス、米国、日本、および米・オーストリア合同チームの計6チームが参加資格を得ているが、28-29日の競技に出場するのは4チームのみと主催者は発表している。日本から参加するのは国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA、茨城県つくば市)の5人の研究者チームで、トヨタ自動車がスポンサーとなっている。

各ナノカーは、数百個の原子だけでエンジン、車体、ホイール、およびペダルが形成される。“ドライバー”はハンドルを握る代わりに、針のような形状の4つの金属チップを備えた顕微鏡でナノカーを操縦する。金属チップからは微弱な電流が発生し、これでナノカーのエネルギー誘導装置を働かせて推力とし、金でできたレーストラック上を走行する。金の走路は、超低温の5K(摂氏マイナス268度)、超低気圧の10-10hPaに維持される。

レースのルールは次の通り:

・コース構成:20nm + コーナー + 50nm + コーナー + 20nm、全長100nm(コーナーは40度または45度)
・競技時間:最大38時間
・故障の場合、ナノカーの交代を認める
・ナノカーを直接押し進めるのは禁止
・チームごとに金表面1セクターを使用
・スタート前に最大6時間、コースの清掃を認める
・38時間の競技中、チップの交換は不可

CNRSの上席研究員でレースの主催責任者であるクリスチャン・ヨアヒム(Christian Joachim)氏によると、既に行われた練習走行セッションで、あるチームはコーナーで5時間もスタック(立ち往生)することがあったという。「テレビゲームのように、画面に集中して常に細心の注意を払っていなければならない。画像を見ながら操縦する人と、スタックしないように戦略的に操縦者をガイドする人の2名が必要だ」。

コースの長さである100nmは髪の毛の太さの1/300ほどの距離だが、フィニッシュラインに達するまでには、1~2ボルトの電流を400~500回放電することになるという。

ナノカー・レースは、競技というよりも、分子マシンとその制御装置のパフォーマンスのテストを目的として、リアルタイムで実施される国際的な科学実験である。近い将来、原子レベルの電子回路作製や、原子単位での産業廃棄物の分解、エネルギー捕捉といった分野で、こうした分子機械群が単体で、あるいは複合的に利用される場面が見られるようになるだろう。ナノカー・レースは、そうしたナノマシンの同時観察や個別の操作を行う最先端技術を実装するユニークな機会を研究者に提供する場となる。

「(レースの)目的は、長さ2~3ナノメートルの分子の機械的な動きの制御を試すことにある」とヨアヒム氏は話す。研究者が熟練ドライバーのようにナノカーを操縦できるようになれば、「さまざまなアプリケーション用の超ミニモーターを作製できるだろう」。

【情報ソース】

CEMES - CNRS - Nanocar Race
http://nanocar-race.cnrs.fr/indexEnglish.php

Phys.org - The world's first international race for molecular cars, the Nanocar Race
https://phys.org/news/2017-03-world-international-molecular-cars-nanocar.html

Phys.org - Microscopic molecular cars to race in France
https://phys.org/news/2017-04-microscopic-molecular-cars-france.html

MANA - 分子カーレース
http://www.nims.go.jp/mana/jp/about/index.html

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