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Montag, 10.10.2016

Rallye unterm Mikroskop

Auf einer goldenen Rennstrecke gehen im März Teams aus aller Welt an den Start. Ein Dresdner Rennwagen ist dabei.

Von Jana Mundus

So sieht die Windmühle unter dem großen Mikroskop aus – natürlich ohne Pfeil und Fähnchen. Stück für Stück bewegt sich das Nanoauto in Richtung Ziellinie.
So sieht die Windmühle unter dem großen Mikroskop aus – natürlich ohne Pfeil und Fähnchen. Stück für Stück bewegt sich das Nanoauto in Richtung Ziellinie.

© Montage: TU Dresden

Das internationale Rennspektakel sollte in wenigen Tagen starten. Doch einige Teams haben noch Probleme mit ihren Fahrzeugen. Der Termin wurde deshalb verschoben. Pech für Francesca Moresco und Frank Eisenhut von der Professur für Materialwissenschaft und Nanotechnik der TU Dresden. Sie müssen sich weiter gedulden. Sie waren bereit. Ihr Auto funktionierte im Training ohne Mucken. Es sprang über die Rennstrecke – von Atom zu Atom.

Wenn die Wissenschaftler im März 2017 in Toulouse beim ersten weltweiten Nanocar-Rennen antreten, brauchen sie ihren Rennwagen nicht in einem großen Anhänger nach Frankreich überführen. Er ist winzig klein, passt theoretisch locker in die Hosentasche. Er besteht aus nur vier Molekülen. Optisch erinnert das Vehikel an das vierflügelige Rad einer Windmühle. Deshalb wurde es auch „Windmill“ getauft. Jeder Flügel ist ein Molekül. Mit bloßem Auge ist davon allerdings nichts zu sehen. Erst ein großes Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop macht alles sichtbar.

Die Rennstrecke ist edel. Auf einer kleinen Goldplatte werden die Miniautos gegeneinander antreten. Eine hauchdünne Nadel über ihnen sorgt jeweils dafür, dass sie sich bewegen. Über sie werden kurze Spannungsimpulse auf das Nanoauto geleitet, das sich dadurch in Bewegung setzt. Auch die Dresdner Windmühle. Sie rast davon, über ein oder zwei Atome hinweg. „Eigentlich hüpft sie eher“, beschreibt es Frank Eisenhut. Er ist der Pilot des Rennwagens, hat schon oft mit ihm trainiert. Auch am Veranstaltungsort Toulouse. Denn dort steht ein neues und seltenes Exemplar des Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops.

Gleich vier Nadeln hat das Gerät. Vier Mannschaften können gleichzeitig mit ihren Fahrzeugen an den Start gehen. Mit dabei sind neben den Franzosen auch Teams aus der Schweiz, den USA, Japan und eine gemischte Mannschaft aus den USA und Österreich. Sollten am Ende mehr als vier Teams fahrtüchtige Autos haben, reicht der Platz am großen Mikroskop nicht. Dann gibt es Vorläufe.

Schlafpausen notwendig

Eingeladen hat die Kollegen aus aller Welt der französische Wissenschaftler Christian Joachim. Seit Jahren bastelt er Autos, die nur aus Molekülen bestehen. Mit Rädern und Achsen. An der Dresdner Nano-Windmühle erinnert nichts an ein Auto. Francesca Moresco glaubt, dass das gut ist. „Unser großer Vorteil ist, dass wir die Bewegung unseres Fahrzeugs gut voraussagen können.“ Damit ist ein sicheres Navigieren möglich. Andere Teams sorgen sich um die Streckenführung. „Einige Nanocars können nur geradeaus fahren. Da ist eine kurvenreiche Rennstrecke natürlich problematisch“, erklärt Eisenhut weiter. Vielleicht ist das der große Pluspunkt für die Dresdner, um den Sieg zu holen.

Als reinen Spaß wollen die Forscher das Ganze nicht verstanden wissen. Der wissenschaftliche Ernst ist durchaus gegeben. Es geht um Grundlagenforschung. Darum, herauszufinden, wie Moleküle beeinflusst werden können und wie sie sich bewegen. Auf kleinste Nanomaschinen wartet in Zukunft viel Arbeit. So groß wie Blutkörperchen sollen sie beispielsweise in der Medizin eingesetzt werden. Während andere Teams noch tüfteln, können sich die Dresdner zurücklehnen. „Wir sind bereit“, sagt Francesca Moresco entspannt. Zu dritt wollen sie nach Toulouse fahren. Auch, um sich als Pilot abzuwechseln. Schlafpausen sind notwendig. Die Strecke ist 100 Nanometer lang, also einen Zehntausendstelmillimeter. Die Windmühle schafft fünf Nanometer in der Stunde. Das Rennen dauert über 30 Stunden.