Kemi i bevægelse

Af Bente Dalgaard, bda@sdu.dk, 18-05-2018

Måske bliver det kemikerne, der kommer med løsningen til, hvordan fremtidens computer kan blive både stærkere og mindre.

De er i dag i stand til at bygge molekyler, der kan fungere som meget små maskiner, og efterhånden som det lykkes at sætte molekyler sammen, så en eller flere dele kan bevæge sig, åbner der sig nye dimensioner for maskiner, der er en million gange mindre end de mindste af de maskiner, vi benytter i dag.

En af dem, der arbejder med molekylære maskiner, er kemiprofessor Jan O. Jeppesen fra SDU. Da han for knap 20 år siden var ph.d.-studerende, drog han til USA med et halvfærdigt molekyle i bagagen. Målet var University of California, hvor han fik en af foregangsmændene inden for området, James Fraser Stoddart som medvejleder på sit ph.d.-projekt.

Siden er det blevet til flere forskningsophold hos Stoddart, som i 2016 var en af tre kemikere, der modtog Nobelprisen i kemi for deres pionerarbejde med design og syntese af molekylære maskiner.

– Det molekyle – eller den byggeklods, jeg havde med hjemmefra, hedder en tetrathiafulvalen. Den har nogle ret fantastiske egenskaber og er god at bygge videre på, så den har været en rød tråd i meget af min forskning, fortæller SDU-professoren fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci.

Molekyle fungerer som kontakt

Stoddart inspirerede Jan O. Jeppesen til at arbejde med molekylære maskiner, og kemikerne viste dengang, at de kunne lave molekylære hukommelser og lagre informationer med en ny type molekyler, der kaldes rotaxaner.

– Når vi sendte en svag strøm igennem molekylerne, kunne vi lave en molekylær kontakt, som kan tænde og slukke. Da en computer egentlig bare består af en masse små kontakter, samarbejdede vi også med computervirksomheden Hewlett Packard, siger Jan O. Jeppesen.

Potentialet var der, men der er langt fra at bevise principperne i et laboratorium til at udvikle et kommercielt produkt. Forskerne nåede op på at lave 256.000 bit – hvilket svarer til 32.000 bytes, så der er stadig meget langt op til de terabytes, som computerne rummer i dag.

– Men man kan sige, at vi fik igangsat det, vi kalder molekylær elektronik, fortæller Jan O. Jeppesen.

– Molekylære maskiner er i dag der, hvor elektromotorer var for over 100 år siden, og dengang forestillede kun de færreste sig, at man ville kunne flyve over Atlanten. Og som videnskabsmand er man klar over, at man måske først om 100 år kan se det fulde potentiale af det, vi laver i laboratoriet i dag, siger han.

Der skal findes en afløser

Men det er uomtvisteligt, at der er behov for at finde alternativer til den nuværende computerteknologi. På et eller andet tidspunkt rammer udviklingen en mur, hvor de siliciumtransistorer, som bruges i dagens computere, ikke kan gøres mindre.

Derfor har de store computerfirmaer som Hewlett Packard, IBM m.fl. store forskningsafdelinger, som arbejder i flere retninger.

– Det er for tidligt at sige, hvad der bliver afløseren. Som kemikere er vi jo vant til at gribe fat i det allermindste, og derfor kan vi lave så små molekylære maskiner, at kun fantasien sætter grænser for, hvad de kan bruges til. Men kvantecomputere er også en mulighed, og kvanteforskerne arbejder jo med noget, der er endnu mindre end molekyler, siger Jan O. Jeppesen.

Molekyler på arbejde

De erfaringer, som kemikerne har fået med molekylære maskiner, kan bruges på meget andet end at udvikle computere. Jan O. Jeppesen og hans forskningsgruppe på SDU arbejder i flere retninger og samarbejder med andre forskergrupper i og uden for Danmark.

– Vi startede med simple rotaxaner, altså en hukommelsesenhed. Nu er vi gået skridtet videre til at udvikle molekylære motorer, der kan udføre et reelt stykke arbejde, og det er en stor udfordring, siger Jan O. Jeppesen.

– Vi arbejder stadig med molekylære maskiner, men egentlig træder vi et skridt tilbage og prøver at gøre tingene mere simple. Vi prøver at bruge mange af de ting, vi har lært med de molekylære maskiner, til at lave noget mere simpelt, f.eks. sensorer, molekylære ledninger, hvor molekyler bruges som små ledninger eller molekylære muskler, som kan trække sig sammen og bruges som ventiler. På den måde kan vi lave systemer, der kan bruges som komponenter i mange sammenhænge, siger han.

Forståelse frem for forretning

Nogle af de områder, som hans forskningsgruppe har været fremme i medierne med ved flere lejligheder, er detektion af sprængstoffer, narkotiske stoffer, fordærvede fødevarer og farlige tungmetaller.

Et par af projekterne bliver videreudviklet i andre forskningsgrupper, som Jan O. Jeppesens gruppe samarbejder med.

– Jeg kan lide at forstå, hvordan tingene virker, og forklare, hvorfor de virker. Jeg er ikke drevet af et iværksætter-gen og er slet ikke interesseret i business-delen, hvor det handler om at lave et slutprodukt, der kan kommercialiseres. Jeg er videnskabsmanden, der hellere vil gå i dybden og arbejde med grundforskning end med at udvikle produkter, siger han.

Uddeler penge til andre forskere

I de seneste år har Jan O. Jeppesen dog ikke tilbragt så mange timer i laboratoriet og sammen med sin forskningsgruppe, som han gerne ville. I 2013 blev han medlem og sidste år næstformand i Danmarks Frie Forskningsfond – Teknologi og Produktion, og han er således med til at vurdere potentialet i de mange ansøgninger fra forskere og udvælge, hvilke der skal have økonomisk støtte.

– Det er og har været enormt lærerigt at få indsigt i andre forskningsområder og kendskab til, hvad der foregår ude i andre forskningsmiljøer.
Forskningsrådet for Teknologi og Produktion er et af de mest brede forskningsråd med områder, der spænder over veterinærvidenskab, nanoteknologi, nye teknologier til rensningsanlæg m.m.

- Det er et arbejde, som jeg ikke ville have været foruden, men jeg glæder mig også til, at det er overstået om et halvt år. Så har jeg aftjent min værnepligt på det område, siger Jan O. Jeppesen og tilføjer:

– Jeg har holdt min forskningskarriere aktiv, men det har selvfølgelig haft sin pris, så jeg håber snart at få endnu mere tid til min egen forskning.