분자 로봇은 떼에서 협력하여 작동합니다.
날짜:
2022년 4월 20일
원천:
홋카이도 대학
요약:
과학자들은 분자 로봇이 군집(swarming) 전략을 사용하여 단일 로봇보다 5배 더 높은 운송 효율성을 달성함으로써 화물 운송을 수행할 수 있음을 입증했습니다.
세계 최초로 과학자들은 분자 로봇이 군집(swarming) 전략을 사용하여 단일 로봇보다 5배 더 높은 운송 효율성을 달성함으로써 화물 운송을 수행할 수 있음을 입증했습니다.
군집 로봇 공학은 살아있는 유기체의 협동 행동에서 영감을 받은 새로운 분야로 로봇 제작과 복잡한 작업을 수행하기 위한 군집에서의 활용에 중점을 둡니다. 무리는 여러 개인의 질서 정연한 집단 행동입니다. 거시적 규모의 군집 로봇은 화물 운송 및 축적, 모양 형성, 복잡한 구조물 건설과 같은 다양한 응용 분야에 개발 및 사용되었습니다.
홋카이도 대학 이학부의 Mousumi Akter 박사와 Akira Kakugo 부교수가 이끄는 연구원 팀은 군집의 이점을 활용하여 작동하는 마이크로 크기의 기계를 세계 최초로 개발하는 데 성공했습니다. 이번 연구 결과는 사이언스 로보틱스 저널에 게재됐다 . 팀에는 규슈 대학의 이노우에 다이스케 조교수; 컬럼비아 대학교의 헨리 헤스 교수; 나고야대학 아사누마 히로유키 교수; 그리고 Kansai 대학의 Akinori Kuzuya 교수.
협동로봇 떼는 개별 로봇에서 볼 수 없는 여러 가지 특성을 얻습니다. 작업량을 나누고, 위험에 대응하고, 환경 변화에 대응하여 복잡한 구조를 만들 수도 있습니다. 마이크로 및 나노 규모의 마이크로로봇과 기계는 크기로 인해 실용적인 응용 분야가 거의 없습니다. 그들이 떼에서 협력할 수 있다면 그들의 잠재적인 용도가 엄청나게 증가할 것입니다.
팀은 약 5백만 개의 단일 분자 기계를 구축했습니다. 이 기계는 두 가지 생물학적 구성 요소로 구성되어 있습니다. 및 미세소관을 수송할 수 있는 작동기인 키네신. DNA는 센서 역할을 하는 아조벤젠이라는 빛에 민감한 화합물과 결합되어 떼를 제어할 수 있습니다. 가시광선에 노출되면 아조벤젠 구조의 변화로 DNA가 이중 가닥을 형성하고 미세소관이 떼를 형성하게 됩니다. 자외선에 노출되면 이 과정이 역전됩니다.
실험에 사용된 화물은 직경이 마이크로미터에서 수십 마이크로미터인 폴리스티렌 비드로 구성되었습니다. 이 비드를 아조벤젠 결합 DNA로 처리했습니다. 따라서 화물은 가시 광선에 노출될 때 적재되고 UV 광선에 노출될 때 하역됩니다. 그러나 분자 기계와 화물에 사용되는 DNA와 아조벤젠이 다르기 때문에 화물 적재와 무관하게 군집을 통제할 수 있었다.
단일 기계는 직경이 최대 3마이크로미터인 폴리스티렌 비드를 적재 및 운송할 수 있는 반면 기계 떼는 직경이 30마이크로미터에 달하는 큰 화물을 운송할 수 있습니다. 또한 운송 거리와 운송량을 비교한 결과 떼가 단일 기계에 비해 최대 5배 더 효율적으로 운송하는 것으로 나타났습니다.
분자 기계가 떼 지어 협력하여 고효율로 화물을 운송할 수 있음을 보여줌으로써 이 연구는 마이크로 로봇을 다양한 분야에 적용할 수 있는 토대를 마련했습니다. Akira Kakugo는 "가까운 장래에 약물 전달, 오염 물질 수집, 분자 발전 장치 및 마이크로 검출 장치에 사용되는 마이크로 로봇 떼를 볼 수 있을 것으로 기대합니다."라고 말했습니다.