Насколько малы самые маленькие машины? Проще говоря, они почти невообразимо крошечные. Благодаря прорыву в области химии механических связей — изучению физических связей (в отличие от химических), существующих между сцепленными молекулами, — самые маленькие машины, которые сейчас возможны, измеряются в наноразмерном диапазоне, или примерно в 1000 раз мельче, чем ширина пряди волос.
Структурно эти крошечные молекулярные машины состоят из механически сцепленных молекул, которые двигаются и могут управляться внешними стимулами. Эти особенности в сочетании с удивительной архитектурной универсальностью делают молекулярные машины уникально мощными в сфере современных технологий, где они способны выполнять широкий спектр функций — от работы в качестве крошечных роботов, обнаруживающих заболевания или доставляющих лекарства в определенные участки человеческого тела, до использования в качестве умных материалов в датчиках. Их потенциальное влияние на будущее можно сравнить с влиянием микропроцессоров, которые произвели революцию в вычислительной технике благодаря миниатюризации центральных процессоров.
Один из первых серьезных прорывов в разработке молекулярных машин произошел в 1983 году, когда французский химик Жан-Пьер Соваж создал механически сцепленную молекулу, известную как [2]катенан. В следующем десятилетии, в 1991 году, американский химик шотландского происхождения сэр Дж. Фрейзер Стоддарт синтезировал молекулу под названием ротаксан. Ротаксан представлял собой первый молекулярный челнок — структуру, состоящую из стержня и кольца, которое скользит по его длине. Позднее в том же десятилетии голландский химик Бернард Л. Феринга создал первый молекулярный двигатель, в котором вращающаяся структура была заставлена непрерывно вращаться, приводимая в движение светом в качестве источника энергии. За свою работу трое ученых получили Нобелевскую премию по химии 2016 года.
