הרובוט הזעיר שבונה מולקולות

כשהמכונית הראשונה של פורד מודל T יצאה מפס הייצור של מפעלי פורד בדטרויט בשנת 1908, הייתה זו לא פחות מתחילתה של מהפכה. מודל T היה כלי הרכב הראשון שיוצר בפס ייצור תעשייתי באופן שהוזיל עלויות משמעותית, כך שכל אדם ממעמד הביניים יכול היה להרשות לעצמו לרכוש מכונית. המפעל הראשון של פורד היה גדול: גובהו שלוש קומות, רוחבו 17 מטרים ואורכו 122.5 מטר. היום ישנם מפעלים תעשייתיים עצומים בגודלם, ונשאלה השאלה האם אפשר לבנות פס ייצור זעיר במיוחד?

קבוצת חוקרים מבית הספר לכימיה של אוניברסיטת מנצ'סטר,, דיווחה באחרונה בכתב העת Nature שהצליחה ליצור רובוט מולקולרי, שיכול לבנות מולקולות אחרות. הרובוט המולקולרי ממנצ'סטר מורכב מ-150 אטומי פחמן, מימן, חמצן וחנקן וגודלו בערך ננומטר אחד. כלומר, כמיליון רובוטים כאלו יוכלו להיכנס בקוף של מחט ללא כל בעיה.

הרובוט מורכב מזרוע על ציר שנעה בין שני מוקדים ברובוט, שבכל אחד מהם יכולה להתרחש תגובה כימית שונה. באחת הפעמים שהמדענים הפעילו את הרובוט הם ביצעו בעזרתו את רצף הפעולות הבא: בשלב ראשון הטעינו על הרובוט את חומר המוצא. לאחר מכן, הוסיפו חומר כימי שגרם לסיבוב הזרוע על ידי כך שחומר המוצא הגיע אל מעל אתר התגובה הראשון, שם "הרכיבו" על החומר מולקולה נוספת. אז הם הוסיפו חומר כימי אחר שגרם לסיבוב הזרוע לאתר התגובה השני, ובו הרכיבו על חומר המוצא מולקולה אחרת. בדומה לרובוט אלקטרוני, שבו אפשר לשלוט באמצעות פקודות ממחשב, המדענים הצליחו לשלוט ברובוט ממנצ'סטר בעזרת הוספה מתכוננת של חומרים כימיים, המהווים מעין פקודות כימיות וכך קיבלו ארבעה תוצרים שונים מאותו "פס ייצור".

פרופ' דיוויד לי (Leigh), ממובילי המחקר מסביר: "פעולתו של רובוט מולקולרי דומה לפעולתם של רובוטים בפס ייצור של מכוניות. הרובוטים שם מרימים חלק ומניחים אותו כך שהוא מצטרף באופן מיטבי לגוף המכונית. בדומה לכך, אפשר לתכנת את הגרסה המולקולרית שלנו לצרף חלקים שונים באופנים שונים כדי לקבל תוצרים מגוונים, רק בקנה מידה קטן בהרבה".

עתיד מפעלי הייצור הזעירים

הרובוט ממנצ'סטר אינו הרובוט המולקולרי הראשון. רק בשנה שעברה הוענק פרס נובל בכימיה לז'אן פייר סובז'(Sauvage) , לג'יי פרייזר סטודרט (Stoddart) ולברנרד פרינחה (Feringa) על התכנון והייצור של מכונות מולקולריות. במהלך כשלושים שנות מחקר הם הצליחו ליצור מעלית זעירה, שריר מלאכותי וננו–מכונית, כולם מולקולות זעירות שיכולות לבצע משימות מוגדרות.

בשנים האחרונות מדענים נוספים הצליחו לייצר מגוון רחב של רובוטים מולקולריים. למשל, קבוצת חוקרים בראשותו של פרופ' אייל ניר מהמחלקה לכימיה וממכון אילזה כץ למדע וטכנולוגיה בתחום הננומטרי באוניברסיטת בן גוריון הצליחה לייצר באחרונה רובוט המבוסס על DNA שיכוללנוע על גבי משטח. החידוש העיקרי של הרובוט ממנצ'סטר הוא בכך שהוא יכול לקחת חומר אחד, להעביר אותו מנקודה אחת לאחרת על גביו ולקבל חומר חדש, בדומה לפס ייצור במפעל.

 פרופ' לי מקווה שהרובוט שיצר יסלול את הדרך לקראת בנייה של מפעלים מולקולריים: "המטרה שלנו היא לעצב ולייצר את המכונות הקטנות ביותר שאפשר. אנחנו מעריכים שבתוך עשר או עשרים שנה רובוטים ייכנסו לשימוש כדי להרכיב מולקולות וחומרים על פסי ייצור בתוך מפעלים מולקולריים".