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首個可協(xié)同工作分子機器人開發(fā)完成

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-04-21  來源:網(wǎng)絡(luò)  瀏覽次數(shù):327
核心提示:日本北海道大學(xué)理學(xué)院科學(xué)家成功開發(fā)出世界上第一個利用集群策略工作的微型機器人,首次證明分子機器人能夠通過采用集群策略完成

日本北海道大學(xué)理學(xué)院科學(xué)家成功開發(fā)出世界上第一個利用集群策略工作的微型機器人,首次證明分子機器人能夠通過采用集群策略完成貨物遞送,運輸效率是單個機器人的5倍。這一發(fā)現(xiàn)20日發(fā)表在《科學(xué)·機器人》雜志上。

群體機器人學(xué)是一門新學(xué)科,其靈感來自于生物體的合作行為,它專注于機器人的制造及其在群體中完成復(fù)雜的任務(wù)的應(yīng)用。群體是多個個體的有序集體行為。宏觀規(guī)模的群體機器人已被開發(fā)并用于各種應(yīng)用,如運輸、堆積貨物、建造復(fù)雜結(jié)構(gòu)等。

一群相互合作的機器人獲得了單個機器人所沒有的許多特性,它們可以劃分工作量,應(yīng)對風(fēng)險,甚至可以創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來應(yīng)對環(huán)境的變化。由于微米和納米級的微型機器人太小了,因此它們幾乎沒有實際應(yīng)用。但如果它們能夠“結(jié)群”合作,潛在用途將大大增加。

該團隊建造了大約500萬臺單分子機器。這些機器由兩個生物組件組成:連接到DNA的微管,使它們能夠聚集;以及驅(qū)動蛋白,作為能夠運輸微管的致動器。DNA與一種名為偶氮苯的光敏化合物結(jié)合在一起,這種化合物起到傳感器的作用,可以控制集群。當暴露在可見光下時,偶氮苯的結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致DNA形成雙鏈,并導(dǎo)致微管形成群體。暴露在紫外光下會逆轉(zhuǎn)這一過程。

實驗中使用的貨物由直徑從微米到幾十微米的聚苯乙烯珠子組成。這些珠子用偶氮苯連接的DNA處理;因此,當貨物暴露在可見光下時會被裝載,而當暴露在紫外光下時則被卸載。然而,分子機器人和貨物中使用的DNA和偶氮苯不同,因此可以獨立于貨物的裝載來控制集群。

單臺機器人可裝載和運輸直徑達3微米的聚苯乙烯珠子,而成群結(jié)隊的機器人可以運輸直徑達30微米的貨物。此外,運輸距離和運輸量的比較表明,與單一機器人相比,集群的運輸效率最高可達5倍。

通過證明分子機器可被設(shè)計成集群并協(xié)作高效地運送貨物,這項研究為微型機器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。研究人員表示:“在不久的將來,預(yù)計將看到微型機器人群被用于藥物輸送、污染物收集、分子發(fā)電設(shè)備和微型檢測設(shè)備!

 
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