A fabricação molecular deberia ser capaz de desenvolver, em escala nanométrica, sistemas mecánicos com um incrível rendimento. Este livro explica cómo faze-lo, tomando como base a física e a química. Esses nanosistemas podem criar, de maneira eficaz, produtos de grande tamanho, precisão atómica e força de diamante e incorporam não só computadores muito potentes (dez milhões de MIPS por miliwatt) como também motores (um megawatt por milímetro cúbico).

A Física permite antecipar muitas das propriedades da nanoescala. O electromagnetismo não funciona, a electroestática, no entanto, funciona muito bem: graças a ela as coisas ganham flexibilidade mas não em excesso. Resulta fácil arrefecer sistemas de tamanho reduzido dado que os elementos pequenos deslocam-se muito mais rápidamente.

As reacções químicas são, em maior ou menor medida, previsíveis. As propiedades mecánicas podem ser inferidas das propiedades da ligação química. As superfícies são pegajosas e moles.

Os sistemas atómicos movem-se e deslocam-se. As diferentes configurações/posições dos sistemas têm diferentes energias. Uma configuração que requira muita energia (em comparação com o ruído térmico) pode formar uma barreira entre estados ou entre las barreiras (en poços potenciais). O sistema pode assumir cualquer configuração e a probabilidade de cada uma delas pode ser calculada.

Capítulo 5: Incerteza posicional.

É possível fazer cálculos aproximados sobre elementos como barras, molas e pistões de gas à escala nanométrica, levando em conta os efeitos combinados da quântica e ruido térmico. Na maíoria dos casos, a incerteza posicional é uma simples função de temperatura e rigidez.

Capítulo 6: Transições, erros e danos

Não só poderiam ser calculados os erros de "posicionamento" como também a probabilidade de cruzamentos (ou seja, de provocar uma reacção ou de comenter um erro) graças a uma função de temperatura e tempo, se conhecermos a altura das barreiras entre poços potenciais. Normalmente, as ligações covalentes fortes não podem romper-se em temperatura ambiente durante a noite. Num sistema bem desenhado, os danos mais significativos seriam aqueles produzidos por radiação de fundo - uma percentagem por ano por mícron cúbico.

Existem muitas formas de termalizar a energia, que podem ser calculadas. Provocam um retrasso nas chumaceiras e noutros componentes móveis. Além disso, a dissipação de energía é normalmente proporcional à velocidade do sistema.

Capítulo 8: Mecanosíntese.

A mecanosíntese oferece muitas vantagens sobre outro tipo de síntese das fases de solução, e deberia ter a mesma variedade de produtos. É possível a aplicação de controlo posicional para escolher entre sítios de reacção semelhantes e manter isoladas moléculas reactivas. Existem bastantes moléculas reactivas rígidas apropriadas para a mecanoquímica de fase de vácuo. São propostas diversas reacções para a formação de diamantes.

Até as pequenas barras diamantoides e housings podem apresentar uma superfície bem definida e uma rigidez útil. A forma e o tamanho podem ser controlados com muita precisão graças à substituição de átomos. E este facto oferece uma enorme quantidade de possibilidades de desenho por partes.

Embora as partes móveis à escala atómica sejam desiguais, o ruído térmico pode atravessar esses desníveis (barreiras de baixa energia) aplicando zero fricção estática a uma temperatura normal. A fricção dinámica segue sendo um tema de debate (capítulo 7). Os átomos podem formar óptimas rodas dentadas. Os modelos moleculares são aplicáveis em diferentes mecanismos, inclusive satélites. Fala-se de temas como os linguetas de travaçao, superfícies deslizantes irregulares e interfaces adesivas entre outras estructuras útiles.

Este capítulo apresenta diferentes aparatos de medição, sistemas harmónicos e toroidais, fluídos, fechos, bombas, arrefecimento fractal (extraindo 105 W de 1 cm3), e electroestática (1017 W/m3 densidade de potencia a >99% eficiência)

Aborda o tópico das portas lógicas, registros, redes lógicas, lógica reversível e transmissão de dados de longo alcance. Os cálculos antecipam una viabilidade de 106-interlock 1Ghz CPUs (comparável a 2000 microprocessadores) que ocupam >1 micrón cúbico e usam 60 nW. (Este é o limiar mínimo, que certamente poderá ser melhorado)

Capítulo 13: Classificação, processamento e ensamblagem (ou ensambladores) de moléculas.

Neste capítulo é apresentada a classificação de rotores para importar moléculas e purificar o fluxo de input: transportadores; sítios de ligação; moinhos moleculares (molecular mills) para mecanoquímica repetida (e geração de energía); mecanismos de encontro condicional; um braço de robô suficientemente forte como para desenvolver a mecanoquímica a temperatura ambiente numa escala de até 100 nm.

Refere-se a temas relacionados com o desenho de fábrica: a união de blocos à escala intermedia; o sistema de desenho de fábrica; o sistema de casca (shell) e distribuição do produto das fábricas; redundância, cálculos sobre productividade (capaz de alcanzar o seu peso numa hora). Este tipo de fabricação melhorará em grande medida a fabricação convencional. Tambem são avaliados diferentes tipos de linguagens descriptivos e compiladores de desenho.

As células implementan muitos mecanismos: struts, clamps, chumaceiras, actuadores/motores, etc. O desenho biopolímero resulta mais simples do que o problema de dobrar proteínas. A síntese de soluções poderia supôr a aparição de sistemas secos de nanotecnologia molecular e a utilização dos microscópios de varredura por sonda (SPM) serviria para a fabricação e para a projecção de imagens

Existem muitas vias; poder-se-ia utilizar o encadeamento para trás para encontrar um sistema viável. Também são descritos actuadores e manipuladores simples, assim como a manipulação molecular, sistemas intermedios em fase de solução e sistemas para reduzir o tempo de desenvolvimento.

Mesmo com dados incompletos podemos obter números úteis para fazer predições fiáveis.

São muitos os campos que alimentam a nanotecnologia molecular. Até agora, porém, foram desenvolvidos poucos trabalhos específicos.