Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön

22.04.2022

Hokkaido-molekyyli-robotit-parveilevat-250-t.jpgKaaviokuvat lastinkuljetuksesta molekyylirobottien parvella (ylhäällä) ja fluoresenssikuvia sinistä pallomaista lastia kuljettavasta molekyylirobotista (alhaalla). Mittaviiva on 20 mikrometriä. Määrittämällä valosäteilyn sijainti on mahdollista kerätä rahti määrättyyn kohteeseen (oikealla). Mittaviiva on 50 mikrometriä.

Suurempi kuva

Alallaan ensimmäisessä tutkimuksessa tutkijat ovat osoittaneet, että molekyylirobotit pystyvät kuljettamaan rahtia käyttämällä parvistrategiaa, jolloin kuljetusteho on viisi kertaa suurempi kuin yksittäisillä roboteilla.

Parvirobotiikka on uusi tieteenala, joka on saanut inspiraationsa elävien organismien yhteistoiminnallisesta käyttäytymisestä ja joka keskittyy robottien valmistukseen ja niiden hyödyntämiseen monimutkaisten tehtävien suorittamiseen parvissa.

Tohtori Mousumi Akterin ja Hokkaidon yliopiston luonnontieteellisen tiedekunnan apulaisprofessori Akira Kakugon johtama tutkijaryhmä on onnistunut kehittämään maailman ensimmäiset toimivat mikrokokoiset koneet, joissa hyödynnetään parveilun etuja.

Yhteistyössä toimivien robottien parvi saa joukon ominaisuuksia, joita ei löydy yksittäisistä roboteista – ne voivat jakaa työtaakan, reagoida riskeihin ja jopa luoda monimutkaisia rakenteita vastauksena ympäristön muutoksiin. Mikro- ja nanomittakaavassa olevilla mikroroboteilla ja koneilla on niiden koosta johtuen hyvin vähän käytännön sovelluksia; jos ne voisivat tehdä yhteistyötä parvissa, niiden käyttömahdollisuudet lisääntyisivät valtavasti.

Ryhmä rakensi noin viisi miljoonaa yksimolekyylistä konetta. Nämä koneet koostuivat kahdesta biologisesta komponentista: DNA:han linkitetyistä mikrotubuluksista, mikä mahdollisti niiden parveilemisen; ja kinesiinistä, jotka olivat toimilaitteita, jotka pystyivät kuljettamaan mikrotubuluksia.

DNA yhdistettiin valoherkän yhdisteen, atsobentseenin kanssa, joka toimi sensorina, mikä mahdollisti parveilun hallinnan. Näkyvälle valolle altistuessaan atsobentseenin rakenteen muutokset saivat DNA:n muodostumaan kaksoisjuosteensa ja johtivat mikrotubulukset muodostamaan parvia. UV-valolle altistuminen käänsi tämän prosessin.

Kokeissa käytetty lasti koostui polystyreenihelmistä. Ne käsiteltiin atsobentseeniin kytketyllä DNA:lla; joten lasti lastattiin näkyvällä valolla ja purettiin UV-valolla. Molekyylikoneissa ja lastissa käytetty DNA ja atsobentseeni olivat erilaisia, joten parveilua voitiin hallita kuorman lastauksesta riippumatta.

Yksittäiset koneet pystyvät lastaamaan ja kuljettamaan polystyreenihelmiä, joiden halkaisija on enintään 3 mikrometriä, kun taas koneparvet voivat kuljettaa halkaisijaltaan jopa 30 mikrometrin kokoista lastia. Lisäksi kuljetusetäisyyden ja kuljetusmäärän vertailu osoitti, että parvet olivat jopa viisi kertaa tehokkaampia kuljetuksessa yksittäisiin koneisiin verrattuna.

Osoittamalla, että molekyylikoneet voidaan suunnitella parveilemaan ja yhteistyöhön kuljettamaan rahtia tehokkaasti, tämä tutkimus on luonut pohjan mikrorobottien soveltamiselle eri aloilla. "Lähitulevaisuudessa odotamme näkevämme mikrorobottiparvia lääkkeiden toimittamisessa, kontaminanttien keräämisessä, molekyylitason sähköntuotantolaitteissa ja mikroilmaisinlaitteissa", Akira Kakugo sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa

Kohti älykkäitä mikrorobotteja

09.08.2022Lisää monipuolisia kvanttiantureita
08.08.2022Ihanteellisen puolijohdemateriaalin metsästystä
05.08.2022Polymeeriperustaista akkutekniikkaa
04.08.2022Grafeenin avulla kuvia nesteessä "uivista" atomeista
03.08.2022P-tietokoneiden potentiaali
02.08.2022Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten
01.08.2022Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja
30.07.2022Suuri askel pienille moottoreille
29.07.2022Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin
27.07.2022Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja
24.07.2022Nelitahtikone atomeilla
21.07.2022Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja
14.07.2022Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon
08.07.2022Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa
06.07.2022Ensimmäinen orgaaninen bipolaaritransistori
01.07.2022Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
22.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen
09.06.2022Älykäs kvanttianturi
08.06.2022Inverttereiden roolista tulevaisuuden sähköverkossa
07.06.2022Hengittäviä kaasuantureita
06.06.2022Aaltoja suprajohtavuuteen ja aikakiteisiin
03.06.2022Monenlaista keramiikkaa
02.06.2022Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho
01.06.2022Piin ja neuronin fuusio
31.05.2022Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille
30.05.2022Uusi ihme- ja kvanttimateriaali
27.05.2022Uusia löytöjä lämmönhallintaan
26.05.2022Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän
25.05.2022Katalyyttinen ja absorboiva kondensaattori
24.05.2022Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin
23.05.2022Polttokennoja ohentaen
21.05.2022Paremman kvanttibitin rakentaminen
20.05.2022Atominohut eriste kuljettaa spinejä
19.05.2022Vetyä ja kvanttielektroniikkaa
18.05.2022Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa
17.05.2022Kvanttiturhautumista etsien
16.05.2022Topologiaa langattomalle tekniikalle
14.05.2022Leväkenno pyörittää Arm Cortex M0+:aa
13.05.2022Ioninen nestepohjainen säilölaskenta
12.05.2022Nanotekninen mikroskooppikuvaus älypuhelimeen
11.05.2022Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla
10.05.2022Viallisia nanotimantteja tulostaen
09.05.2022Monen fotonin generaattori sirulle
08.05.2022Perovskiittikennojen kääntelyä
06.05.2022Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita
05.05.2022Suprajohteinen diodi
04.05.2022Lisää vettä litiumioni-akkuun
03.05.2022Konenäön visioita ja vaaroja
02.05.2022Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista
30.04.2022UPS:in lyijyakku vaihtuu alkaliakuksi
29.04.2022Einsteinin jalanjäljissä
28.04.2022Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla
27.04.2022Vetymolekyylistä kvanttisensori
26.04.2022Konenäköä mikroroboteille
25.04.2022Mekaanista kvanttitekniikkaa
23.04.2022Bakteerit rummuttavat
22.04.2022Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön
21.04.2022Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella
20.04.2022Kausiluontoisen energian varastointia
19.04.2022Ensimmäiset teollisesti valmistetut kubitit
18.04.2022Jalokivessä avain tulevaisuuden kvanttitietokoneille
15.04.2022Magnetosähköinen transistori
14.04.2022Laser integroitu litiumniobaattisirulle
13.04.2022Sähkömagneettista spektriä avaten
12.04.2022Negatiivinen hilakapasitanssi transistoreihin
11.04.2022Topologista valon ohjausta ja THz-modulaatiota
08.04.2022"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa
07.04.2022Korkean lämpötilan Majoranat
06.04.2022Huonelämpöistä suprafluorenssia
05.04.2022Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille
04.04.2022Magneettinen läheisyysvaikutus esiin
02.04.2022Supernopean "elektronisateen" lähde
01.04.2022Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus
31.03.2022Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille
30.03.2022Atomistisia perusteita akuille
29.03.2022Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla
28.03.2022Äärimmäiset rajat nykyelektroniikalle
26.03.2022Jalometalleista vapaa polttokenno
25.03.2022Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa
24.03.2022Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle
23.03.2022Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet
22.03.2022Taajuusviritys nanosähkömekaanisesti
21.03.2022Kangas, joka "kuulee" sydämesi äänet
19.03.2022Syövänhoitoa magneettisilla siemenillä
18.03.2022MEMS-kytkimillä LiDAR:lle ennätystarkkuus
17.03.2022Lyijy pois nopeatoimisista akuista
16.03.2022Taajuuden helppoa kertomista
15.03.2022Parempaa näkökykyä roboteille
14.03.2022Uusia MOF-katalyyttejä
12.03.2022Ultraohuita kalvoja bioelektroniikalle
11.03.2022Kohti kiinteärakenteisia akkuja

Näytä lisää »