Multidisciplinair onderzoek heeft geleid tot de innovatieve fabricage van molecuulgrote robots. Wetenschappers vorderen nu hun inspanningen om deze robots te laten interageren en samenwerken met miljoenen, verklaart een recensie in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

"Moleculaire robots zullen naar verwachting een grote bijdrage leveren aan de opkomst van een nieuwe dimensie in chemische synthese, moleculaire productie, en kunstmatige intelligentie, " schrijft de fysisch chemicus Dr. Akira Kakugo en zijn collega's van de Hokkaido University in hun recensie.

De afgelopen jaren is er snelle vooruitgang geboekt bij het bouwen van deze kleine machines, dankzij supramoleculaire chemici, chemische en biomoleculaire ingenieurs, en nanotechnologen, onder andere. Maar een gebied dat nog moet worden verbeterd, is het beheersen van de bewegingen van zwermen moleculaire robots, zodat ze meerdere taken tegelijk kunnen uitvoeren.

Tegen dit doel, onderzoekers hebben moleculaire robots gemaakt met drie belangrijke componenten:microtubuli, enkelstrengs DNA, en een lichtgevoelige chemische verbinding. De microtubuli fungeren als de motor van de moleculaire robot, het omzetten van chemische energie in mechanisch werk. De DNA-strengen fungeren als de informatieverwerker vanwege het ongelooflijke vermogen om gegevens op te slaan en meerdere functies tegelijkertijd uit te voeren. De chemische verbinding, azobenzeenderivaat, is in staat om licht te voelen, fungeert als de aan/uit-schakelaar van de moleculaire robot.

Wetenschappers hebben enorme bewegende 'zwermen' van deze moleculaire robots gemaakt door gebruik te maken van het vermogen van DNA om informatie te verzenden en te ontvangen om interacties tussen individuele robots te coördineren.

Wetenschappers hebben met succes de vorm van die zwermen gecontroleerd door de lengte en stijfheid van de microtubuli af te stemmen. Relatief stijve robots zwermen in unidirectionele, lineaire bundels, terwijl meer flexibele roterende vormen, ringvormige zwermen.

Een voortdurende uitdaging, Hoewel, laat afzonderlijke groepen robots tegelijkertijd zwermen, maar in verschillende patronen. Dit is nodig om meerdere taken tegelijk uit te voeren. Een groep wetenschappers bereikte dit door één DNA-signaal te ontwerpen voor starre robots, ze in een unidirectionele bundelvormige zwerm sturen, en nog een DNA-signaal voor flexibele robots, die tegelijkertijd in een ringvormige zwerm ronddraaiden.

Lichtgevoelig azobenzeen is ook gebruikt om zwermen aan en uit te zetten. DNA vertaalt informatie van azobenzeen wanneer het ultraviolet licht waarneemt, een zwerm uitschakelen. Wanneer het azobenzeen zichtbaar licht waarneemt, de zwerm wordt weer ingeschakeld.

"Robotafmetingen zijn verkleind van centimeters naar nanometers, en het aantal robots dat deelneemt aan een zwerm is gestegen van 1, 000 tot miljoenen, " schrijven de onderzoekers. Verdere optimalisatie is nog nodig, echter, de verwerking te verbeteren, opslaan en verzenden van informatie. Ook, kwesties met betrekking tot energie-efficiëntie en herbruikbaarheid, naast het verbeteren van de levensduur van moleculaire robots, moeten nog worden aangepakt.