Молекулярные двигатели могут производить циклическое механическое движение с использованием внешнего источника энергии, такого как химический источник или источник света, в сочетании с броуновским движением (беспорядочное и случайное движение окружающих молекул). Однако наномоторы подвергаются молекулярным столкновениям со всех сторон, что затрудняет выполнение направленной и, следовательно, полезной механической работы.
Первые молекулярные двигатели 2000-х годов использовали принцип «броуновского храповика», который, как выемка на зубчатом колесе, не позволяющий механизму двигаться назад, смещает броуновское движение, так что двигатель функционирует только в одном направлении. Это позволяет выполнять полезную работу, но не позволяет менять направление.
Таким образом, исследовательская группа намеревалась найти решение для реверсирования этого движения, которое они сделали, подключив двигатели к молекулярным модуляторам (субъединицам сцепления) с помощью полимерных цепей (передающих субъединиц). Также была создана математическая модель для понимания поведения этой сети.
Под воздействием ультрафиолетового излучения двигатели вращаются, а модуляторы остаются неподвижными. Таким образом, полимерные цепи наматываются вокруг себя и сжимаются, как резинка, которая укорачивается при скручивании.
Это явление можно наблюдать в макроскопическом масштабе, поскольку молекулы образуют материал, который сжимается.
Когда молекулы подвергаются воздействию видимого света, двигатели останавливаются и модуляторы активируются. Механическая энергия, запасенная в полимерных цепях, затем вращает модуляторы в направлении, противоположном первоначальному движению, и материал расширяется.
Что еще более впечатляюще, исследователи смогли продемонстрировать, что скорость и скорость производимой работы можно тщательно регулировать с помощью комбинации УФ и видимого света, как редуктор, работающий за счет модуляции частоты между двигателями и модуляторами. В настоящее время команда пытается использовать это исследование для разработки фотомеханических устройств, которые могут обеспечить механическую работу, управляемую светом.