Tvärvetenskaplig forskning har lett till innovativ tillverkning av robotar i molekylstorlek. Forskare avancerar nu sina ansträngningar för att få dessa robotar att interagera och arbeta tillsammans i miljontals, förklarar en recension i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

"Molekylära robotar förväntas i hög grad bidra till uppkomsten av en ny dimension i kemisk syntes, molekylär tillverkning, och artificiell intelligens, " skriver Hokkaido Universitys fysikaliska kemist Dr. Akira Kakugo och hans kollegor i sin recension.

Snabba framsteg har gjorts de senaste åren för att bygga dessa små maskiner, tack vare supramolekylära kemister, kemiska och biomolekylära ingenjörer, och nanoteknologer, bland andra. Men ett område som fortfarande behöver förbättras är att kontrollera rörelserna hos svärmar av molekylära robotar, så att de kan utföra flera uppgifter samtidigt.

Mot detta mål, forskare har gjort molekylära robotar med tre nyckelkomponenter:mikrotubuli, enkelsträngat DNA, och en ljusavkännande kemisk förening. Mikrotubuli fungerar som den molekylära robotens motor, omvandla kemisk energi till mekaniskt arbete. DNA -strängarna fungerar som informationsprocessorn på grund av dess otroliga förmåga att lagra data och utföra flera funktioner samtidigt. Den kemiska föreningen, azobensenderivat, kan känna av ljus, fungerar som den molekylära robotens på/av-knapp.

Forskare har skapat enorma rörliga "svärmar" av dessa molekylära robotar genom att använda DNA:s förmåga att överföra och ta emot information för att koordinera interaktioner mellan enskilda robotar.

Forskare har framgångsrikt kontrollerat formen på dessa svärmar genom att justera längden och styvheten hos mikrotubuli. Relativt styva robotar svärmar i enkelriktad, linjära buntar, medan mer flexibla bildar roterande, ringformade svärmar.

En fortsatt utmaning, fastän, får separata grupper av robotar att svärma samtidigt, men i olika mönster. Detta behövs för att utföra flera uppgifter samtidigt. En grupp forskare uppnådde detta genom att designa en DNA-signal för stela robotar, skicka dem in i en enkelriktad buntformad svärm, och en annan DNA-signal för flexibla robotar, som samtidigt roterade tillsammans i en ringformad svärm.

Ljusavkännande azobensen har också använts för att stänga av och på svärmar. DNA översätter information från azobensen när det känner av ultraviolett ljus, stänga av en svärm. När azobensen känner av synligt ljus, svärmen kopplas tillbaka till påslaget läge.

"Robotstorlekar har skalats ner från centimeter till nanometer, och antalet robotar som deltar i en svärm har ökat från 1, 000 till miljoner, " skriver forskarna. Ytterligare optimering är fortfarande nödvändig, dock, för att förbättra bearbetningen, lagring och överföring av information. Också, frågor som rör energieffektivitet och återanvändbarhet, förutom att förbättra livslängden för molekylära robotar, måste fortfarande åtgärdas.