Une étude, dont les résultats intitulés «Dual-light control of nanomachines that integrate motor and modulator subunits» ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology, a permis d'élaborer, afin de fournir un travail dans un sens puis dans l'autre, des machines moléculaires précisément contrôlées à la manière d'une boîte de vitesses.

Rappelons tout d'abord que les nanomachines, «mises à l'honneur par le prix Nobel de chimie 2016», fournissent «un travail mécanique aux plus petites échelles». Ces moteurs moléculaires «peuvent produire un mouvement mécanique cyclique grâce à une source d'énergie externe, par exemple chimique ou lumineuse, combinée au mouvement brownien (mouvement désordonné et aléatoire des molécules environnantes)». Du fait que le nanomoteur est «soumis à des chocs moléculaires de toute part», la production afin d'être utile d'un travail mécanique orienté est compliquée.

Pour résoudre cette difficulté, «les premiers moteurs moléculaires des années 2000 utilisent le principe du 'cliquet brownien' qui, à la manière d'un cran sur une roue dentée empêchant le mécanisme de repartir en arrière, va biaiser le mouvement brownien afin que le moteur ne fonctionne que dans une seule direction». Cependant, ce montage qui «permet de fournir un travail exploitable» interdit de changer son sens.

 
Afin de proposer «une solution pour inverser ce mouvement», l'étude ici présentée a «relié des moteurs à des modulateurs moléculaires (unités de débrayage), par le biais de chaînes de polymères (unités de transmission)». Dans un premier temps, sous irradiation ultraviolette, les moteurs vont tourner alors que les modulateurs restent immobiles de sorte que les chaînes de polymères vont «s'enrouler sur elles-mêmes, et se contracter à la manière d'un élastique qui raccourcit au fur et à mesure qu'on le torsade».

 
Dans un second temps, «lorsque les molécules sont soumises à une lumière dans le spectre visible, les moteurs s'arrêtent et les modulateurs sont activés»: alors, l'énergie mécanique stockée dans les chaînes de polymères entraîne «une rotation des modulateurs dans le sens inverse du mouvement originel et le matériau s'étend».

 
Surtout, il a pu être montré «que le taux et la vitesse du travail produit peuvent être finement régulés grâce à des combinaisons de lumières UV et visibles, comme une boîte de vitesse fonctionnant par modulation de fréquence entre moteurs et modulateurs».