Ein Wissenschaftler in einem blauen Laboranzug schaut durch ein Fenster in eine große silberfarbene Mikroskopanlage.
Rennstrecke im Mikroskop: Ohne technische Hilfe ist die Route mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Bildrechte: Hubert RAGUET / CEMES /CNRS Photothèque

NanoCarRace 4 Moleküle groß: Wettrennen der Nano-Autos

Vergessen Sie die Formel 1! In Frankreich startet ein viel spannenderes Rennen: Das "NanoCarRace" ist das wohl kleinste Wettrennen der Welt. Denn hier bestehen die "Rennautos" nur aus wenigen winzigen Nano-Partikeln: Sechs Teams gehen in Toulouse an den Start. Neben Frankreich, sind auch die Schweiz, die USA, Japan und Österreich vertreten. Und natürlich auch ein Team aus Mitteldeutschland: Wissenschaftler der TU Dresden treten mit ihrem Nano-Rennauto im internationalen Wettbewerb an.

von Karolin Dörner

Ein Wissenschaftler in einem blauen Laboranzug schaut durch ein Fenster in eine große silberfarbene Mikroskopanlage.
Rennstrecke im Mikroskop: Ohne technische Hilfe ist die Route mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Bildrechte: Hubert RAGUET / CEMES /CNRS Photothèque

Windmühle heißt das winzige Auto der TU Dresden. Windmühle, weil es lediglich aus vier Molekülen besteht, die jeweils einen Flügel bilden. Entwickelt wurde es von der Physikerin Francesca Moresco und ihrem Team vom Lehrstuhl für Materialwissenschaft und Nanotechnik am Institut für Materialwissenschaft der Technischen Universität. Die Windmühle ist im Vergleich zu den anderen Nano-Cars zwar langsam, erzählt sie, aber dafür sehr gut zu steuern.

Andere Moleküle von anderen Gruppen, die auch da sind, die können viel schneller gehen, aber nicht so präzise. Es kann dann sein, dass das Molekül ganz weg ist. Dann muss man suchen, wo es gelandet ist.

Francesca Moresco, TU Dresden
Grafische Darstellung des NanoCars Windmühle der TU Dresden.
NanoCar Modell "Windmühle" der TU Dresden Bildrechte: Technical University Dresden, Nano-Windmill company

Denn die größte Schwierigkeit des Rennens: Auch die Piloten können ihre Autos nicht sehen - zumindest die meiste Zeit. Sichtbar wird ihr Gefährt erst durch ein spezielles Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop. Damit kann man aber das Rennen nicht in Echtzeit verfolgen, sondern die Piloten erfassen den Standpunkt ihres Autos über Bilder. Weil die Autos aber so klein sind, zeigen die Bilder nur einen Bruchteil der Rennstrecke. So gehen die Autos also auch mal verloren.

Und noch etwas ist anders als bei einem normalen Autorennen: Das Nanocar-Rennen dauert sehr lange. Francesca Moresco rechnet mit 30 Stunden und das, obwohl die  Rennstreckenlänge gerade mal ein zehntausendstel Millimeter lang ist. "Alle paar Minuten müssen wir die Oberfläche abbilden und das kostet uns wieder fünf Minuten etwa", sagt die Dresdner Forscherin. "Das ist alles Zeit, die mitgerechnet werden muss."

Deshalb gehören zu dem Dresdner Team insgesamt vier Piloten, die sich auch mal ablösen. Ihre Aufgabe ist es, dass Auto Stück für Stück über die Rennstrecke zu führen. Das machen sie über Impulse, die von einer elektrisch leitenden Spitze ausgehen, erklärt Co-Pilot Justus Krüger.

Der Ablauf wäre, dass man zunächst ein Bild nimmt, um zu sehen, wo sich das Molekül gerade auf der Oberfläche befindet. Dann würden wir die Spitze auf das Molekül positionieren und dann das Molekül anregen. Und dann können wir sehen, ob sich etwas verändert hat, wenn wir wieder ein Bild aufnehmen, nachdem wir einen kleinen Spannungsimpuls auf das Molekül gegeben haben.

Justus Krüger, TU Dresden
Die NanoCar-Piloten des Teams der TU Dresden in blauen Laboranzügen stehen in einem Labor und steuern ihr Fahrzeug.
Konzentrierter Blick: Die Dresdner Piloten bei der Arbeit Bildrechte: CEMES / CNRS Photothèque

Auf der Fläche des speziellen Mikroskops in Toulouse können vier Teams gegeneinander antreten. Es gibt eine Start- und eine Ziellinie und dazwischen eine feste Rennstrecke, mitsamt Parcours und Kurven.

Am Ende winkt ein Preis. Doch was der genau sein wird, ist noch ein Rätsel: Das wissen nicht einmal die Teilnehmer. "Aber es wurde vermutet, dass es auch ein Nano-Preis sein könnte", sagt Justus Krüger. "Ich weiß nicht, inwieweit die Trophäe dann Nano-Dimensionen hat, aber wir lassen uns überraschen und sind optimistisch, dass wir das Rennen gewinnen können."

Nicht nur der sportliche Ehrgeiz treibt an. Tatsächlich hat das Ganze auch einen wissenschaftlichen Mehrwert: Es geht darum herauszufinden, wie sich Moleküle bewegen und wie man sie darin beeinflussen kann. Das wäre vor wenigen Jahren noch undenkbar gewesen.

Über dieses Thema berichtete MDR AKTUELL im Radio | 28.04.2017 | ab 05:50 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 27. Juli 2017, 13:47 Uhr