Forskere, der arbejder på at få robotter på størrelse med molekyler til at sværme sammen for at udføre opgaver

Tværfaglig forskning har ført til innovativ fremstilling af robotter i molekylstørrelse. Forskere fremmer nu deres indsats for at få disse robotter til at interagere og arbejde sammen i millioner, forklarer en anmeldelse i journalen Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

"Molekylære robotter forventes i høj grad at bidrage til fremkomsten af ​​en ny dimension i kemisk syntese, molekylær fremstilling, og kunstig intelligens, " skriver Hokkaido Universitys fysiske kemiker Dr. Akira Kakugo og hans kolleger i deres anmeldelse.

Der er gjort hurtige fremskridt i de senere år med at bygge disse små maskiner, takket være supramolekylære kemikere, kemiske og biomolekylære ingeniører, og nanoteknologer, blandt andre. Men et område, der stadig trænger til forbedring, er at kontrollere bevægelserne af sværme af molekylære robotter, så de kan udføre flere opgaver samtidigt.

Til dette formål, forskere har lavet molekylære robotter med tre nøglekomponenter:mikrotubuli, enkeltstrenget DNA, og en lysfølende kemisk forbindelse. Mikrotubulierne fungerer som den molekylære robots motor, omdanne kemisk energi til mekanisk arbejde. DNA-strengene fungerer som informationsprocessor på grund af dens utrolige evne til at lagre data og udføre flere funktioner samtidigt. Den kemiske forbindelse, azobenzen derivat, er i stand til at sanse lys, fungerer som den molekylære robots tænd/sluk-knap.

Forskere har lavet enorme bevægelige 'sværme' af disse molekylære robotter ved at bruge DNA's evne til at transmittere og modtage information til at koordinere interaktioner mellem individuelle robotter.

Forskere har med succes kontrolleret formen af ​​disse sværme ved at justere længden og stivheden af ​​mikrotubulierne. Relativt stive robotter myldrer i ensretning, lineære bundter, mens mere fleksible former roterer, ringformede sværme.

En vedvarende udfordring, selvom, får separate grupper af robotter til at sværme på samme tid, men i forskellige mønstre. Dette er nødvendigt for at udføre flere opgaver samtidigt. En gruppe videnskabsmænd opnåede dette ved at designe ét DNA-signal til stive robotter, sende dem ind i en ensrettet bundtformet sværm, og et andet DNA-signal til fleksible robotter, som samtidig roterede sammen i en ringformet sværm.

Lysfølende azobenzen er også blevet brugt til at tænde og slukke for sværme. DNA oversætter information fra azobenzen, når det registrerer ultraviolet lys, slå en sværm fra. Når azobenzen registrerer synligt lys, sværmen skiftes tilbage til tændt tilstand.

"Robotstørrelser er blevet skaleret ned fra centimeter til nanometer, og antallet af robotter, der deltager i en sværm, er steget fra 1, 000 til millioner, " skriver forskerne. Yderligere optimering er stadig nødvendig, imidlertid, at forbedre behandlingen, lagring og transmission af information. Også, spørgsmål relateret til energieffektivitet og genanvendelighed, ud over at forbedre levetiden for molekylære robotter, stadig skal behandles.