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進め、分子たち!第2回国際ナノカーレースが3月に開催

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 分子を車に見立てて移動させて競う「国際ナノカーレース」に、物質・材料研究機構のチームが再び挑む。レースは3月下旬にフランスで開かれる。5年前の第1回大会では途中棄権に終わっており、メンバーたちは雪辱を期している。 (引用:朝日新聞1月26日)

車やバイクではなく分子を操り、基板上の移動距離を競うナノカーレースは2017年に第一回大会が開催され、大きな注目を集めました。そして、そのナノカーレース第2回の開催が3月下旬に予定されており、出場する各チームは着々と準備を進めています。本ケムステニュースでは、ナノカーレースの内容や、第一回大会の様子、第二回大会の概要と出場予定のチームについて紹介します。

ナノカーレースとは

ナノカーレースは、その名の通りナノサイズの車を走らせる競技です。レースで使用する車両は条件を満たした1分子であり、各チームが走行に適した分子構造をデザインし、合成を行います。もちろん人間の目で車両を見たり、手で動かすことはできないので特別な環境でレースは行われます。まず会場は真空チャンバーの中であり、レースの障害となるゴミを極限まで減らしたクリーンな環境で行われます。コースは金や銀の基板でできていて、ミニ四駆のコースのように1分子に適した幅のレーンが形成されています。第1回ではジグザグ状のコースが微細加工によって作られ、真空チャンバー内で粉末状か溶媒に溶かした状態の車両分子を加熱して蒸着することで金の基板に配置させました。

コースと分子マシンの配置方法の解説

車両の確認には走査型トンネル顕微鏡(STM)を使用し、基板上の分子の位置を調べます。また分子を動かす駆動力について、機械的に動かすことは簡単すぎるのでスタートラインに分子を動かす時以外は禁止されており、STMの尖った探針を近づけて電気を与えて動かします。そして各チームが一つの部屋に集まり、共通のパソコンでSTMを遠隔操作し、分子を操作したり移動距離を測定します。

14:34~15:17にてSTMでナノカーを動かすイメージ紹介

このように、ナノカーレースは有機化学と表面物理学の力を結集させて戦うレースです。

第一回大会の結果

第一回大会は2017年の4月に行われ、日本、アメリカ、フランス、ドイツ、スイス、オーストリアの合計6つのチームが参加しました。

日本のチームとしては物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(NIMS・MANA)に所属する研究者の方が参加しました。

結果としては、オーストリア/アメリカのチームとスイスのチームが完走したとして優勝し、残念ながら日本のチームは、制御ソフトウウェアのクラッシュによって走行できませんでした。複雑な構造の分子を持ち込んだフランスのチームは移動できなかった一方で、比較的シンプルなピリジン誘導体を使ったスイスのチームが優勝するというナノカーの分子設計の難しさを実感させられる結果となりました。

第二回大会について

第一回大会後から第二回開催の検討が進められ、8つのチームの参加が2020から2021年にかけて認められました。大会のルールについてレースの大枠は同じですが、

  • レース会場(チャンバー内の環境)が極低温+高真空(LT-UHV)だけでなく、Ambientコンディションが追加
  • Ambientのレース時間は4時間で、LT-UHVは24時間
  • レーシングカーだけでなく分子を運ぶトラックでの競争も追加
  • レーシングカーはスラロームでトラックは直線を走行し走行距離を競う
  • 車両の分子量は100から1000で、車両の前後が判別できる分子構造を有する
  • LT-UHVでは、クラシックな車輪とモーターか量子モーターの二つのタイプの車両が登録できる
  • チームは会場のトゥールーズから自拠点のSTMを遠隔操作してナノカーを運転する

といった違いがあるようです。

第二回大会の参加チーム

第一回大会勝者のアメリカ・オーストリア連合チームのAMERICAN-AUSTRIAN NANOPRIXは、少し名前を変えてRice-Graz NanoPrixとして参戦します。また惜しくも三位となったアメリカのOHIO BOBCAT NANO-WAGONはほぼ同じ名前で参戦します。前回4位のドイツのNANO-WINDMILL COMPANYは、チーム名をGAZEとして優勝を目指します。そして惜しくもリタイヤとなってしまった日本のNIMS-MANAも同名で参戦し前回の雪辱を果たします。日本と同様に走行できなかったフランスのTOULOUSE NANOMOBILE CLUBは、日本の奈良先端科学技術大学院大学との連合チームとし、チーム名もTOULOUSE-NARAとして優勝を目指します。そのほかスペインの2チーム、SAN SEBASTIANNANOHISPA、とフランスのStrasNanocarが新規に参戦します。

NIMS-MANAのチームは、前回のナノカーを改良してレースに挑みます。チーム公式Webページでレース参加をアピールされており、またユニフォームや応援グッズが準備できていることをTwitterにて報告しています。

一方のTOULOUSE-NARAも、前回のナノカーの車輪の構造を残しつつ、タイヤを二つにしたシンプルな構造で走行を目指します。

チームリーダーのGwénaël Rapenne教授は、昨年の11月にNIMSを訪れ、NIMS-MANAチームリーダーの中山 知信教授やNanocar Race 2 Committeeの有賀 克彦教授らと熱い情報交換を行ったそうです。

上記2チームを含む、8つの参加チームは2021年11月23日に開かれたNanoCar Race II official Presentationにてチームや車両の紹介を行いました。

NIMS-MANAチームの発表は21:57頃から、TOULOUSE-NARAの発表は28:27頃からスタート

第一回大会では、各チームのインタビューや実況中継がなされ、大変な盛り上がりを見せました。興味深い点は、イベントパートナーとしてナノテクや半導体関連の企業・団体だけでなく、MichelinTotalといった車に関連する企業が名を連ね、チームスポンサーにはなんとToyotaPSAVolkswagenといった自動車メーカーが入り、各チームを支援している点です。もはや本物のカーレースと同格といっても過言ではないかもしれません。すでにTOYOTAは、NIMS-MANAのスポンサーとなることが公表されており、第二回大会も各社の支援に期待します。

このイベントは基礎研究の一環という立ち位置ですが、金属表面ので有機分子の振る舞いを自由自在に操れるようになれば、分子マシンの実用化が進むのではないでしょうか。STMが必要なのでどの研究室でも取り組める活動ではありませんが、かつておもちゃ屋に常備されていたミニ四駆のコースのように、それぞれのナノカーを持ち込んでレースができるような環境があれば、有機合成の研究室が参戦でき面白いと思います。第2回国際ナノカーレースに関して気になるのはやはりコロナウィルスによる渡航の制限であり、開催予定の3月24日25日には各チームがフランスに集まれる状況になり、無事開催されることを願うばかりです。そして開催された暁には、日本チームをぜひ応援したいと思います。

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ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

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