Самый небольшой в мире «роевой робот» имеет размеры 25 нанометров в диаметре и 5 микрометров в длину и демонстрирует роящееся поведение, напоминающее подвижные организмы, такие как рыбы, птицы и муравьи.«Роевые роботы — один из самых труднодостижимых предметов в робототехнике», — говорит Акира Какуго из исследовательской группы Университета Хоккайдо. "Рыбные косяки, колонии своры и муравьев птиц демонстрируют необыкновенные изюминки, каковые не смогут быть достигнуты отдельными лицами, действующими в одиночку.
К ним относятся формирование сложных структур, четкое разделение труда, надёжность и гибкость, все из которых появляются в следствии локальных сотрудничеств между особями без участия человека. наличие фаворита ". Вдохновленные этими линиями, исследователи трудились над созданием микромасштабных роевых роботов.В настоящем изучении Какуго и его сотрудники выстроили молекулярную совокупность, которая складывается из трех основных компонентов робота: датчиков, информационных процессоров и исполнительных механизмов. Они использовали клеточные белки, именуемые микротрубочками и кинезинами, в качестве аккуратного механизма, а ДНК — в качестве процессора информации. Микротрубочки — это нитчатые белки, каковые служат железными дорогами в клеточной транспортной совокупности, в то время как кинезины — это моторные белки, каковые передаются по железным дорогам, потребляя химическую энергию, забранную в следствии гидролиза аденозинтрифосфата (АТФ).
Команда использовала обратную стратегию и выстроила совокупность, в которой микротрубочки непоследовательно перемещаются по поверхности, покрытой кинезином.Основная задача роевой робототехники — создание огромного количества отдельных роботов, способных к программируемой самосборке. Команда решила эту проблему, введя в совокупность молекулы ДНК, каковые, как мы знаем, гибридизуются, в то время, в то время, когда имеют комплементарную последовательность. Химически синтезированные молекулы ДНК с определенными программами в их последовательностях конъюгированы с микротрубочками, помеченными зеленым или красным флуоресцентным красителем.
Затем команда смотрела за перемещением ДНК-конъюгированных микротрубочек, скользящих по поверхности, покрытой кинезином. Первоначально пять миллионов микротрубочек двигались без каких-либо сотрудничеств между собой. Затем они добавили однонитевую линкерную ДНК (1-ДНК), запрограммированную на инициирование сотрудничеств между прикрепленными к ДНК микротрубочками.
По окончании введения l-ДНК микротрубочки начали планировать и образовывать рои намного большего размера, чем микротрубочки. В то время, в то время, когда была добавлена ??вторая одноцепочечная ДНК (d-ДНК), запрограммированная на диссоциацию роя, рои микротрубочек не так долго осталось ждать провалились через почву.
Это продемонстрировало, что скопление солидного количества микротрубочек может обратимо регулироваться способом выборочной подачи входного сигнала ДНК в совокупность.Более того, они добавили в совокупность светочувствительный датчик, азобензол, прикрепленный к молекулам ДНК. Они использовали изомеризацию азобензола, которая происходит обратимо в ответ на облучение видимым или ультрафиолетовым светом, чтобы включить или отключить сотрудничество между молекулами ДНК. Это разрешало переключаться между одиночным и роевым состоянием микротрубочек, позванным фотооблучением.
Команда также продемонстрировала, что рои микротрубочек перемещаются с поступательным или вращательным перемещением в зависимости от жесткости микротрубочек.«Это первое свидетельство того, что роение молекулярных роботов вероятно запрограммировать при помощи вычислений ДНК.
Совокупность действует как базовый компьютер, делая простые математические операции, такие как операции И или Или, приводящие к различным структурам и сложным движениям. Ожидается, что такая совокупность внесет личный вклад в развитие неестественных мышц и диагностику генов, а также в создание наномашин в будущем », — прокомментировал Какуго.