Les scientifiques créent et testent depuis longtemps diverses nanomachines en laboratoire. En fait, ce sont des constructions moléculaires dont la tâche est d'accomplir toutes les fonctions utiles: par exemple, administrer des médicaments à un organe malade, identifier un pathogène ou réparer quelque chose. Lorsque les premiers nanorobots «utiles» apparaîtront, aideront-ils à coloniser Mars et d'autres planètes?
Ces questions sont répondues par Ben Feringa, professeur à l'Université de Groningen aux Pays-Bas. En 2016, il a remporté, avec le Français Jean-Pierre Sauvage et Scotsman Fraser, le prix Nobel pour la conception et la création de machines moléculaires. «Vos nanomachines sont constituées d'éléments très courants comme le carbone, l'azote ou le soufre. Pouvons-nous nous attendre à ce qu'ils contiennent des composants plus exotiques - par exemple, des terres rares ou des substances radioactives?- Il est très difficile de répondre à cette question pour une raison simple: nous ne savons toujours pas ce que de telles constructions moléculaires peuvent et ne peuvent pas faire. Dans le même temps, malgré les grandes différences de structure de nos nanomoteurs, rotors et autres éléments, nous tous - mon groupe, Stoddart, Sauvage et bien d'autres collègues - travaillons toujours exclusivement avec des molécules organiques. Bien sûr, rien ne nous empêche d'imaginer que quelque chose comme ça peut être créé en utilisant exclusivement des composés inorganiques. Par exemple, pour construire une connexion complexe et la faire tourner, comme nos moteurs moléculaires, autour de son propre axe. Personne, cependant, n'a encore assemblé de tels nanomoteurs.
La raison est simple. Grâce au développement de la pharmacie et de la chimie des polymères, nous avons appris à synthétiser très rapidement et bien des composés complexes constitués de chaînes hydrocarbonées. Je suis sûr que la même chose peut être faite avec les composés inorganiques, mais pour ce faire, nous devons d'abord comprendre comment assembler de telles molécules.
En ce qui concerne les isotopes radioactifs, je ne pense pas qu'ils feront jamais partie des nanomachines. Leurs propriétés inhabituelles et leur instabilité sont susceptibles de les rendre impropres à fonctionner dans le cadre de systèmes moléculaires stables qui utilisent la lumière ou l'électricité comme source d'énergie.
À cet égard, nous nous intéressons davantage aux moteurs moléculaires biologiques, dont des centaines de variétés sont présentes dans le corps humain. Ce sont toutes des machines à protéines, dont beaucoup contiennent des atomes métalliques.
Le plus souvent, ils jouent un rôle clé dans les réactions qui font bouger ces biomachines. Par conséquent, il me semble qu'une combinaison de complexes métalliques et de composés organiques qui les entourent semble la plus prometteuse.
Cette année, nous célébrons le 150e anniversaire du tableau périodique. Pouvez-vous expliquer comment cette réalisation d'un siècle et demi vous aide à faire des découvertes aujourd'hui?
- Le tableau périodique et les lois qui y sont inhérentes nous aident en fait toujours à évaluer le comportement des différents types d'atomes voisins et à prédire les propriétés de certains composés.
Par exemple, certains types de nos moteurs ont des atomes d'oxygène intégrés. Grâce au tableau, nous comprenons que le soufre lui sera similaire dans ses propriétés, mais en même temps, sa taille est légèrement plus grande. Cela nous permet de contrôler de manière flexible le comportement de ces machines moléculaires, en échangeant de l'oxygène contre du soufre et vice versa.
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Ceci, bien sûr, ne s'arrête pas à nos capacités de prédiction. Il existe de nombreuses autres lois récemment découvertes qui permettent de prédire certaines des caractéristiques des nanomachines.
D'un autre côté, je doute que nous puissions créer quelque chose comme un tableau périodique pour ces nanostructures. Ici, si c'est possible en principe, nous n'avons pas assez de connaissances.
Ainsi, nous pouvons à peu près prédire comment les moteurs moléculaires de différentes tailles, de structure similaire, se comporteront, mais nous ne pouvons pas le faire pour des systèmes radicalement différents ou concevoir quelque chose à partir de zéro sans mener des expériences.
Vous avez récemment dit que les premiers nanorobots à part entière apparaîtront dans une cinquantaine d'années. En revanche, il y a à peine un an et demi, la première «course» de ces nanomachines a eu lieu en France. A quelle distance sommes-nous de l'émergence des nanodispositifs autonomes?
- Il faut comprendre que toutes les machines moléculaires existantes aujourd'hui sont très primitives tant dans leur structure que dans leur but. En fait, notre voiture, que nous avons assemblée en 2011, et ces «voitures de course» ont été créées non pas pour résoudre des problèmes pratiques, mais pour satisfaire la curiosité.
Nos collègues et nous-mêmes développons de tels dispositifs pour résoudre des problèmes très simples - nous essayons de comprendre comment faire bouger les molécules dans une direction ou une autre, arrêter et exécuter d'autres commandes simples. C'est un problème intéressant mais toujours purement académique.
La prochaine étape est beaucoup plus difficile et sérieuse. Il est important de comprendre s'ils peuvent être impliqués dans des tâches vraiment pratiques: transporter des marchandises, assembler dans des structures plus complexes et répondre à des stimuli externes.
Par exemple, les nanomachines peuvent être utilisées pour créer des fenêtres intelligentes qui répondent aux niveaux d'éclairage public et peuvent se réparer elles-mêmes; antibiotiques qui ne fonctionnent que lorsqu'un certain signal chimique ou lumineux apparaît. De telles choses, il me semble, apparaîtront beaucoup plus tôt que vous ne le pensez - dans les dix prochaines années.
* Nanobolid * sur la piste de course à partir d'un substrat de cuivre.
La création de nanorobots à part entière capables d'effectuer des opérations à l'intérieur du corps ou de résoudre des problèmes complexes prendra bien sûr plus de temps. Mais, encore une fois, je suis sûr que nous pouvons le faire aussi. Il existe d'innombrables robots de ce type dans le corps humain, et rien ne nous empêche de construire leurs copies artificielles.
D'un autre côté, comme je l'ai dit plus d'une fois, nous sommes maintenant à peu près au même niveau de développement que l'humanité à l'époque des frères Wright. Tout d'abord, nous devons décider de ce que nous allons créer et pourquoi, puis réfléchir à la manière de le faire.
Il me semble qu'il ne faut pas copier sans réfléchir ce que la nature a inventé. Parfois, des systèmes complètement artificiels, comme des avions ou des puces informatiques, sont beaucoup plus faciles à créer que les analogues d'une aile ou d'un cerveau humain.
Dans d'autres cas, il est plus facile de prendre ce que les organismes vivants ont déjà créé, par exemple certains anticorps, et de leur attacher un médicament ou une partie de nanomachine. Des approches similaires sont déjà utilisées en médecine. Par conséquent, on ne peut pas dire sans équivoque que l'un d'entre eux sera plus prometteur et correct pour toutes les applications possibles des nanorobots.
Ces dernières années, deux «classes» de nanomachines sont apparues - des structures relativement simples qui reçoivent de l'énergie de l'extérieur, et des structures plus complexes, analogues à part entière des moteurs, capables de la produire indépendamment. Lesquelles sont les plus proches de la réalité?
- Des moteurs chimiques, un peu similaires aux analogues des cellules vivantes, ont vraiment commencé à apparaître. Nous avons récemment créé plusieurs appareils similaires dans notre laboratoire.
Par exemple, nous avons réussi à assembler une nanomachine capable d'utiliser le glucose et le peroxyde d'hydrogène comme carburant et de transporter des nanotubes, des nanoparticules et d'autres structures lourdes dans n'importe quelle direction.
Il est difficile de dire à quel point ils sont prometteurs - tout dépend des tâches à résoudre. Si nous devons organiser le «transport» de certaines molécules, elles sont idéales pour cela. Pour créer des fenêtres intelligentes ou d'autres gadgets, à son tour, vous devez déjà rechercher d'autres éléments.
De plus, nous ne comprenons pas encore ce qui nous manque exactement, quels analogues de machines classiques peuvent être créés à l'aide de molécules, et où toute notre sphère se déplacera en général. En fait, nous venons de commencer à le développer. Jusqu'à présent, une seule chose est claire: les nanomachines diffèrent des biomachines dans nos cellules et de leurs «grandes sœurs» dans le macrocosme.
Si l'on parle d'un futur lointain, est-il possible d'utiliser des machines moléculaires capables de se copier pour résoudre des problèmes globaux, par exemple, pour conquérir Mars ou d'autres planètes?
- Il m’est difficile de parler d’autres mondes, car cette question dépasse largement mes compétences. Néanmoins, je pense que les nanomachines sont peu susceptibles d'être utilisées à de telles fins en premier lieu. Lorsque nous essayons de maîtriser un environnement nouveau et très difficile, nous avons besoin d'une technologie très fiable, pas de quelque chose d'expérimental.
Par conséquent, il me semble que de telles machines trouveront d'abord une application sur Terre. On peut dire que cela se produit déjà: ces dernières années, les chimistes ont créé des centaines de structures très complexes de nombreuses molécules, les soi-disant structures supramoléculaires, qui peuvent se lier sélectivement à certains ions et ignorer tout le reste.
Par exemple, mon collègue Francis Stoddart a récemment fondé une startup dans laquelle il développe des complexes capables d'extraire l'or des déchets miniers et des décharges. Dans le passé, la création de tels composés aurait été considérée comme le fantasme des alchimistes.
Parler de nanomachines provoque le plus souvent une véritable peur parmi le public, craignant que les futurs robots microscopiques ne détruissent la civilisation et toute vie sur Terre. Est-il possible de combattre cela d'une manière ou d'une autre?
«Ces problèmes ont beaucoup à voir avec Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, écrit par Eric Drexler en 1986. Le scénario de la mort de l'humanité à la suite de l'auto-propagation du «mucus gris» qui y est présenté est aujourd'hui connu de presque tout le monde.
En fait, il n'y a rien d'inhabituel ici - lors de la création de nouvelles nanomachines, nous prenons les mêmes précautions que lorsque nous travaillons avec des produits chimiques nouveaux et potentiellement toxiques.
À cet égard, les composants des nanorobots ne diffèrent pas par leur potentiel destructeur des «briques» à partir desquelles sont assemblées les molécules de nouveaux médicaments, polymères, catalyseurs et autres produits chimiques «ordinaires».
Comme tout autre médicament ou produit alimentaire, ces structures moléculaires devront passer par un grand nombre de tests d'innocuité qui montreront si elles peuvent "se rebeller" et détruire l'humanité.
En fait, il n'y a rien de surprenant à de telles peurs - les gens ont l'habitude d'avoir peur de quelque chose de nouveau et d'inhabituel. Chaque décennie, il y a une nouvelle «histoire d'horreur» du monde de la physique, de la chimie ou de la biologie, qui remplace les choses auxquelles nous sommes déjà habitués. Désormais, par exemple, il est devenu à la mode de craindre et de critiquer l'éditeur génomique CRISPR / Cas9 et l'intelligence artificielle.
Que devraient faire les scientifiques? Il me semble que notre tâche est simple: nous devons aider le public à comprendre ce qui est vrai et ce qu'est la fiction. Il est important de comprendre les avantages pratiques de ces nouvelles découvertes et où réside leur véritable danger.
Par exemple, si les gens comprennent que CRISPR / Cas9 peut les guérir de maladies associées à des défauts génétiques, ou augmenter la productivité des plantes, ils auront moins de raisons de craindre cette technologie. Il en va de même pour les nanomachines du futur.
