Un robot molecolare, che è tipicamente tra 100 nanometri e 100 micrometri di lunghezza, richiede un attuatore, processore e sensore per funzionare correttamente. Mettendo a punto le loro interazioni reciproche, milioni di robot possono muoversi insieme in sciami di dimensioni molto più grandi di un singolo robot, offrendo diversi vantaggi. Barra della scala:20 μm. Credito:Istituto nazionale per la scienza dei materiali (NIMS)
La ricerca multidisciplinare ha portato alla fabbricazione innovativa di robot delle dimensioni di una molecola. Gli scienziati stanno ora portando avanti i loro sforzi per far interagire e lavorare insieme questi robot a milioni, spiega una recensione sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .
"Si prevede che i robot molecolari contribuiranno notevolmente all'emergere di una nuova dimensione nella sintesi chimica, fabbricazione molecolare, e intelligenza artificiale, ", scrive il chimico fisico dell'Università di Hokkaido Dr. Akira Kakugo e i suoi colleghi nella loro recensione.
Negli ultimi anni sono stati compiuti rapidi progressi per costruire queste minuscole macchine, grazie ai chimici supramolecolari, ingegneri chimici e biomolecolari, e nanotecnologi, tra gli altri. Ma un'area che necessita ancora di miglioramenti è il controllo dei movimenti di sciami di robot molecolari, in modo che possano eseguire più attività contemporaneamente.
A tal fine, ricercatori hanno realizzato robot molecolari con tre componenti chiave:microtubuli, DNA a singolo filamento, e un composto chimico sensibile alla luce. I microtubuli fungono da motore del robot molecolare, trasformare l'energia chimica in lavoro meccanico. I filamenti di DNA fungono da elaboratore di informazioni grazie alla sua incredibile capacità di memorizzare dati ed eseguire più funzioni contemporaneamente. Il composto chimico, derivato dell'azobenzene, è in grado di percepire la luce, fungendo da interruttore on/off del robot molecolare.
Gli scienziati hanno creato enormi "sciami" mobili di questi robot molecolari utilizzando la capacità del DNA di trasmettere e ricevere informazioni per coordinare le interazioni tra i singoli robot.
Gli scienziati hanno controllato con successo la forma di quegli sciami regolando la lunghezza e la rigidità dei microtubuli. Robot relativamente rigidi sciamano in unidirezionale, fasci lineari, mentre quelli più flessibili si formano rotanti, sciami a forma di anello.
Una sfida continua, anche se, sta facendo sciamare gruppi separati di robot allo stesso tempo, ma con modelli diversi. Questo è necessario per eseguire più attività contemporaneamente. Un gruppo di scienziati ha raggiunto questo obiettivo progettando un segnale del DNA per robot rigidi, mandandoli in uno sciame unidirezionale a forma di fascio, e un altro segnale DNA per robot flessibili, che simultaneamente ruotavano insieme in uno sciame a forma di anello.
L'azobenzene sensibile alla luce è stato utilizzato anche per attivare e disattivare gli sciami. Il DNA traduce le informazioni dall'azobenzene quando rileva la luce ultravioletta, spegnere uno sciame. Quando l'azobenzene rileva la luce visibile, lo sciame viene riportato allo stato acceso.
"Le dimensioni dei robot sono state ridotte da centimetri a nanometri, e il numero di robot che partecipano a uno sciame è aumentato da 1, 000 a milioni, " scrivono i ricercatori. Ulteriore ottimizzazione è ancora necessaria, però, per migliorare l'elaborazione, memorizzazione e trasmissione di informazioni. Anche, questioni relative all'efficienza energetica e alla riutilizzabilità, oltre a migliorare la durata dei robot molecolari, devono ancora essere affrontati.
