Richard Feynman had gelijk:er is genoeg ruimte onderin, en het piepen, logge vuilnisbakken van sciencefiction uit de jaren vijftig maken geleidelijk plaats voor micro-droids ter grootte van een stofje. . . of zelfs een molecuul.

Maar dit nieuwe ras van onzichtbaar kleine robots roept een nieuwe vraag op:hoe kan zelfs rudimentaire intelligentie worden geperst in iets waarvan het grootste bewegende deel uit een handvol atomen bestaat? Een oplossing, zegt Caltech afgestudeerde student in computer en neurale systemen Nadine Dabby, is om in plaats daarvan de smarts in de omgeving in te bouwen.

Op de TEDxCaltech-conferentie van januari, Dabby presenteert een robot met één molecuul die in staat is een spoor van chemische broodkruimels te volgen. Een paper waar ze co-auteur van is Natuur afgelopen mei beschrijft een "moleculaire spin" die kan worden overgehaald om langs een vooraf bepaald pad te "lopen".

De "poten" van de spin zijn gemaakt van korte stukjes DNA, net als de "substraatmoleculen" die het pad vormen, die elk aan een uiteinde verankerd zijn als een grasspriet. Poot en substraat kunnen tijdelijk aan elkaar binden, maar dit proces laat het substraat iets minder "plakkerig" achter dan voorheen, en het volgende been dat ermee in contact komt, zal niet zo lang worden vastgehouden. Dat subtiele verschil in plakkerigheid is wat het loopgedrag van de robot veroorzaakt. Zonder richtingsgevoel, plan, of doel, zijn benen fladderen voortdurend willekeurig rond, zoals die van de spreekwoordelijke dronkaard in kansberekeningen. Maar omdat ze minder stevig worden vastgehouden door eerder bezocht substraat, de algehele beweging heeft de neiging om in voorwaartse richting te gaan.

Het broodkruimelpad ligt op het oppervlak van een zelfassemblerend biomolecuul, gegenereerd door een proces dat 'DNA-origami' wordt genoemd. Ontwikkeld bij Caltech in het bio-engineeringlab van Erik Winfree door de toenmalige postdoc Paul W.K. Rothemund (nu senior onderzoeksmedewerker), deze techniek weeft een enkele DNA-streng in een ruimtevullende rechthoek. Lange parallelle stukken afgewisseld met scherpe U-bochten creëren een patroon dat doet denken aan het heen-en-weer spoor van een boer die een veld ploegt.

Om het geweven DNA op zijn plaats te cementeren, er zijn verschillende veel kortere DNA-fragmenten toegevoegd; deze "stapelstrengen" binden op specifieke posities langs de lengte van het geweven molecuul, aangrenzende runs aan elkaar klemmen als ritssluitingen rond een netsnoer. En die stapelstrengen hebben een tweede functie:ze fungeren als ankers voor de substraatmoleculen die het pad bepalen. Het ruwe raster van 16 x 12 waarin ze vallen is niet dicht genoeg om zeer uitgebreide labyrinten te creëren, maar het stelde de onderzoekers wel in staat om een ​​paar rechte stukken op te zetten, enkele bochten, en een scherpe bocht of twee.

Technisch gezien, de spin heeft geen acht maar vier poten, en hij loopt er maar op drie. De vierde wordt gebruikt om het molecuul aan zijn startpositie te binden, totdat een chemisch signaal van de onderzoekers de band verbreekt en de robot op weg stuurt. (Stel je een driepotige leguaan voor, vastgebonden aan een paal; de riem klikt, en het wezen struikelt op zijn rubberachtige poten.)

En hoe ziet een nanobot in actie eruit? Met behulp van fluorescerende markers en atoomkrachtmicroscopie, het team heeft met succes een korte en nogal korrelige "film" gemaakt van een spin die zich met een kleverige poot op het tuinpad baant.

Met een tempo gemeten in nanometers per minuut, de kleine tripper zal waarschijnlijk geen snelheidsrecords over land breken. Hoe dan ook, Dabby muzen, gegeven een paar verbeteringen aan zijn vermogen om zijn moleculaire omgeving te interpreteren en te veranderen, de robot zou kunnen functioneren als een biologische computer, willekeurig complexe algoritmen uitvoeren.

Die eerste kleine stap in een klein spoor van DNA zou wel eens een gigantische sprong voor bot-soort kunnen zijn.