Группа исследователей из Университета Тохоку (Tohoku University) и Японского института науки и техники (Japan Advanced Institute of Science and Technology) разработала робота, состоящего из гипотетически минимальных молекулярных образований: ДНК и молекул белка. Молекулярный робот был разработан путем интеграции молекулярных механизмов в искусственную клеточную мембрану. Он способен редактировать свой алгоритм изменения состояния или останавливать его выполнение в зависимости от конкретного отправленного сигнала ДНК.

Это первый случай, когда молекулярная роботизированная система способна распознавать сигналы и управлять своей формой. Таким образом, молекулярные роботы в ближайшем будущем смогут функционировать как живые организмы.

Используя такие сложные бимолекулярные соединения, как ДНК и белки, живые организмы выполняют важные функции. Например, лейкоциты могут преследовать бактерии, принимая химические сигналы и приближаясь к цели. В области химии и синтетической биологии с использованием биомолекул создают технологии на основе главных микроэлементов, входящих в состав органических веществ, для изготовления различных молекулярных механизмов, включая датчики, процессоры и приводы.

Молекулярный робот − это искусственная молекулярная система, которая строится путем интеграции молекулярных механизмов. Исследователи полагают, что реализация такой системы может привести к значительному прорыву – созданию биологических роботов на молекулярной основе.

Молекулярный робот, разработанный исследовательской группой, чрезвычайно мал: около одной миллионной доли метра. По размеру его можно сопоставить с клетками человека. Он состоит из молекулярных датчиков, сформированных из белка, и молекулярного рычага управления на основе ДНК. Форма тела робота (искусственная клеточная мембрана) может быть изменена датчиками, при этом формируемое ими усилие может контролироваться рычагом управления.

Исследователи продемонстрировали на эксперименте, что молекулярный робот может начать и остановить изменение формы в ответ на специфический сигнал ДНК.

«Мы работали более чем с 20 химическими веществами, пробуя различную концентрацию. И нам потребовалось полтора года, чтобы найти оптимальные условия для работы наших молекулярных роботов», − говорит доцент Син-Ичиро Номура (Shin-ichiro Nomura) из Высшей Инженерной Школы университета Тохоку (Tohoku University's Graduate School of Engineering), проводивший исследование. «Было захватывающе видеть изменение формы робота через микроскоп. Это означало, что наше разработанное управляющее устройство на ДНК работало отлично, несмотря на сложность внутренней реализации робота».

Реализация молекулярного робота, компоненты которого разработаны на молекулярном уровне и который может функционировать в маленькой и сложной среде, например, внутри человеческого организма, ожидаемо значительно расширит возможности разработки робототехники. Результаты этого исследования могут привести к технологическим разработкам, которые могли бы помочь в решении таких важных медицинских проблем, как робот для обработки живых выращиваемых клеток и робот для мониторинга и контроля загрязнения окружающей среды.

«Статья Номуры и коллег представляет главный шаг к разработке автономных мягких микророботов», − говорит доктор Фридрих Зиммель, преподаватель в Мюнхенском техническом университете (Technische Universität München).

Источник: ScienceDaily