日本がマイクロロボットを開発：DNAが細胞のように動きを制御

生物は最も刺激的な存在ですが、ロボット工学で再現するのが最も難しい存在でもあります。この目標を達成するために、日本の研究者たちは生きた細胞のように動くことができる小型ロボットシステムの設計に成功しました。科学者たちは先週、その研究結果をサイエンス・ロボティクス誌に発表した。

分子ロボットと呼ばれるこのシステムは、大きさと形がアメーバに似ている。このロボットの研究者の一人である東北大学の生物工学者、野村一郎氏によると、液体で満たされた袋のような構造には約27の生物学的・化学的成分が含まれているという。

分子成分は協力して伸張作用により袋の形状を変化させ、袋を液体環境内の細胞のように動かします。小胞の移動の開始と停止は、光に敏感な DNA シグナルを使用して制御されます。

この独特な動き以外に、アメーバロボットにできることはあまりありません。しかし、それがこの発明の素晴らしさだと野村氏は言う。このロボットは、マイクロコンピューター、センサー、さらには薬剤など、研究者が思いつくあらゆるものの運搬手段として機能します。これらのツールを装備したアメーバ ロボット システムを使用して、生体分子環境を探索することができます。毒素を探したり、他の細胞の表面を調べたり、培養皿内の物質を分析したりすることができます。

野村氏とその同僚は、他の科学者が「喜んでロボットを操作」し、必要な部品を組み立てることができるように、ツールを梱包して出荷する方法を考案した。彼は、このプラットフォームが、制御可能な運動能力を備えた、ますます複雑な分子ロボットの構築に利用されることを期待している。

野村氏は最終的に、ロボットが細胞内で機能するのを見たいと考えている。 「これは最先端の技術だ」と野村氏は語った。アメーバロボットは細胞やその核の内部に侵入し、細胞内の問題を診断して探すことができます。 「ちょっと夢のような話です」と野村氏は言うが、彼のロボットは1ミクロン未満、つまり細胞の中に収まるほど小さくできるということは注目に値する。

研究者たちは、体内で移動し、通信できる概念実証用のマイクロおよびナノスケールのロボットを数多く開発しました。これらの小型ロボットの多くは生分解性材料で作られており、磁力、化学力、超音波力によって駆動されます。

野村氏の分子ロボットは、完全に生物学的および化学的要素で構成され、細胞のように動き、DNAによって制御されるという点で異なります。野村氏は、これまで開発された他の分子ロボットには、このような操作可能なダイナミクスを持つものはないと述べた。

野村氏によると、27種類の化学物質を使って分子ロボットを作るのに約1年半かかったという。脂質構造膜は伸縮可能なロボット本体として機能します。ロボットの内部では、特殊なタンパク質が膜に衝突し、袋を内側から外側に叩くのと同じように膜の形状が変化します。

このような激しい動きは、キネシンと微小管と呼ばれる重要なタンパク質がアンカーユニットを介して膜に付着している場合にのみ発生します。この接続は光に敏感な DNA によって提供されます。ロボットに紫外線が当たると、内部の光に敏感な DNA が一本鎖に切断されます。その後、アンカーユニットとキネシン微小管構造に固定され、それらの間に橋が形成されます。

チューブリンは硬くて長い構造で、細胞内のエネルギー輸送分子であるアデノシン三リン酸（ATP）の助けを借りてキネシンタンパク質に沿って滑ります。スライドするとロボットの外膜にぶつかり、形状が変化する可能性があります。

野村氏らは、この分子の組み合わせを利用して細胞の動きを模倣することに成功した。しかし、この技術が完全に生物学的な構成要素から組み立てられ、化学的には ATP によって駆動されるのであれば、それを本当にロボットと呼べるのでしょうか? 「ロボットの定義は非常に広い」と野村氏は言う。何かが物理的な身体を持ち、情報を感知し、処理し、機能を果たすことができれば、それはロボットであると彼は語った。

ロボットであれ、セルラーロボットであれ、エンジニアがどのような機能を内部に組み込むのか楽しみです。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。