“ナノカー”国際耐久レース、参戦する物材機構をトヨタが支援する理由

ナノの世界でもモータリゼーションが起きるかもしれない

 大きさ2ナノメートル(ナノは10億分の1)の電気自動車(EV)が36時間の耐久レースに挑戦―。28日からフランス国立科学研究センター(CNRS)で世界初の国際大会「ナノカーレース」が開かれる。ナノカーは2016年のノーベル化学賞に選ばれたテーマだ。ただ社会で役に立つにはまだまだ道のりは遠い。国際レースの開催で研究の活性化を狙う。日本からは物質・材料研究機構が参戦。トヨタ自動車がスポンサーとして協力する。

100ナノメートルを走る


 ナノカーは化学合成した有機分子だ。金基板表面のうねりをコースとして利用し、100ナノメートルを走るタイムを競う。駆動力は走査型トンネル顕微鏡(STM)の針先から照射される電気パルス。ナノカーを電子で励起して車輪を回したり、分子を変形させたりして前進する。分子設計とSTMでの電子注入の技術が勝敗を分ける。

 ナノカーレースには6カ国6チームが参戦する。物材機構はチョウのような構造の分子を合成した。電子を注入すると羽根を羽ばたかせるように動き、金表面でジタバタしながら前進する。

 チョウ型分子の強みは左右対称で表裏もない点だ。ナノカーが横転して反転したとしても同じ体勢になる。チームリーダーを務める物材機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA)の中西和嘉(わか)MANA研究者は、「STMで電子注入の場所をうまく選べば前進し続けられる」と説明する。

4輪が最適?


本番で使用する仏CNRSのSTM(物材機構提供)

 対して6チーム中3チームは四つの車輪をもつ分子を採用した。4輪を回転させ、推進力とする設計だ。ただナノカーにとって金表面の凹凸は大きい。

 ナノカーの大きさは1ナノ―3ナノメートル程度だが、金原子一つの直径は0・29ナノメートル。大きさ3メートルの車に対して15センチ―30センチメートルの段差を乗り越えながら進むことになる。中西研究者は、「ナノの世界でも4輪が最適なのか勝負したい」と意気込む。

 レースはF1のようにタイムを競う戦いではなく、完走を目指す耐久レースになりそうだ。STMからの電子エネルギーが大きすぎるとナノカーが壊れたり、どこかに弾け飛んでしまったりすることもある。

 初めての国際大会だけに100ナノメートルを何チームが完走できるかわからない。これは1895年にフランスで世界初の自動車レースが開かれた当時と似ている。1200キロメートルのコースに対し、22台が参加し完走は6台だった。

研究者が増え、研究の輪が広がる


 ナノカーは基礎研究だからこそ、国際大会というスタイルが有効に働く。MANAの有賀克彦主任研究者は、「大会に向けて各チームがいろんなアプローチを試し、大会が終わればそのノウハウを交換する。大型共同研究のように研究が活性化する」と説明する。

 自動車メーカーも応援する。フランスチームには仏プジョーシトロエン、ドイツチームには独フォルクスワーゲンがスポンサーについた。

 物材機構にはトヨタが研究費などを支援する。中山知信MANA副拠点長は「企業が基礎研究を応援するのは珍しい。大会を機に研究者が増え、研究の輪が広がるだろう」と期待する。ナノの世界でもモータリゼーションが起きるかもしれない。
(文=小寺貴之)

日刊工業新聞科学2017年4月13日

日刊工業新聞 記者

日刊工業新聞 記者
04月15日
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「役に立たない分子機械をノーベル賞が選んだことは画期的」と有賀先生は強調しています。ナノカーの国際レースはノーベル賞受賞の前から計画が進んでいて、受賞で開催に弾みがつきました。物材機構のチョウ型分子は野依良治先生が不正触媒に使ったビナフチル、米・オーストリアチームは2016年ノーベル賞の分子モーターを採用しています。中西先生は「ノーベル賞対決」と意気込んでいました。ナノカーは実用には遠いですが科学的には面白い現象ばかりです。STMからの電子はナノカーのπ共役系が吸収し、全身に逃げてしまうかもしれません。狙って片方の羽根だけ動かすことができれば面白いです。ナノカーと金表面の接触具合によっては電子が金表面に逃げますし、金表面と分子の相互作用はシミュレーションも難しいです。自在に操れるようになるとノーベル賞級かもしれません。
(日刊工業新聞科学技術部・小寺貴之)

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