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        讓分子機器人像鳥一樣蜂擁而至
        
			
        
				2019-04-29 10:44:26
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        世界上最小的“群體機器人”直徑為25納米，長度為5微米，呈現(xiàn)出類似于魚類，螞蟻和鳥類等運動生物的蜂擁行為。“群體機器人是機器人技術(shù)中最難以捉摸的主題之一，”北海道大學研究小組的Akira Kakugo說。“魚群，蟻群和鳥群顯示出單獨行動無法實現(xiàn)的迷人特征。這些特征包括復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成，明顯的勞動分工，穩(wěn)健性和靈活性，所有這些都是通過當?shù)厝酥g的相互作用而產(chǎn)生的。領(lǐng)導(dǎo)的存在。“受這些特征的啟發(fā)，研究人員一直致力于開發(fā)微型群機器人。
        

        讓分子機器人像鳥一樣蜂擁而至
        

        在本研究中，Kakugo和他的合作者建立了一個由機器人的三個基本組成部分組成的分子系統(tǒng)：傳感器，信息處理器和執(zhí)行器。他們使用稱為微管和驅(qū)動蛋白的細胞蛋白作為執(zhí)行器，使用DNA作為信息處理器。微管是用作細胞運輸系統(tǒng)中的鐵路的絲狀蛋白質(zhì)，而驅(qū)動蛋白是通過消耗由三磷酸腺苷(ATP)水解獲得的化學能而在鐵路上運行的運動蛋白質(zhì)。該團隊采取了相反的策略并建立了一個系統(tǒng)，其中微管在驅(qū)動蛋白涂層表面上隨機移動。
        

        群體機器人的一個主要挑戰(zhàn)是構(gòu)建能夠進行可編程自組裝的大量單個機器人。該團隊通過將DNA分子引入系統(tǒng)來解決這個問題，這些DNA分子在具有互補序列時已知會雜交。在其序列中具有某些程序的化學合成的DNA分子與用綠色或紅色熒光染料標記的微管綴合。
        

        然后，研究小組監(jiān)測了在驅(qū)動蛋白涂層表面上滑動的DNA共軛微管的運動。最初，500萬個微管在沒有任何相互作用的情況下移動。然后，他們添加了單鏈接頭DNA(1-DNA)，編程以啟動DNA附著的微管之間的相互作用。在引入I-DNA后，微管開始組裝并形成比微管大得多的細胞群。當添加另一個編程為解離群體的單鏈DNA(d-DNA)時，微管群很快消失。這表明通過在系統(tǒng)中選擇性地提供輸入DNA信號可以可逆地調(diào)節(jié)大量微管的群集。
        

        此外，他們在系統(tǒng)中添加了光敏傳感器，偶氮苯附著在DNA分子上。它們利用偶氮苯的異構(gòu)化，其響應(yīng)于可見光或紫外光的照射而可逆地發(fā)生，以打開或關(guān)閉DNA分子之間的相互作用。這使得光照射誘導(dǎo)微管的孤立和群體狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。研究小組還證明，根據(jù)微管的剛性，成群的微管以平移或旋轉(zhuǎn)運動的方式運動。
        

        “這是第一個證據(jù)表明分子機器人的蜂擁行為可以通過DNA計算編程的證據(jù)。系統(tǒng)通過執(zhí)行簡單的數(shù)學運算，如AND或OR運算，作為一個基本的計算機，導(dǎo)致各種結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的運動。預(yù)計這樣的系統(tǒng)有助于開發(fā)人造肌肉和基因診斷，以及未來建造納米機器，“Kakugo評論道。
        
			

			
          
        
			
        
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