In een wereldwijde primeur hebben wetenschappers aangetoond dat moleculaire robots in staat zijn om vracht af te leveren door een strategie van zwermen toe te passen, waardoor een transportefficiëntie wordt bereikt die vijf keer groter is dan die van afzonderlijke robots.
Zwermrobotica is een nieuwe discipline, geïnspireerd door het coöperatieve gedrag van levende organismen, die zich richt op de fabricage van robots en hun gebruik in zwermen om complexe taken uit te voeren. Een zwerm is een geordend collectief gedrag van meerdere individuen. Zwermrobots op macroschaal zijn ontwikkeld en gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het transporteren en verzamelen van vracht, het vormen van vormen en het bouwen van complexe constructies.
Een team van onderzoekers, onder leiding van Dr. Mousumi Akter en universitair hoofddocent Akira Kakugo van de Faculteit der Wetenschappen van de Hokkaido University, is erin geslaagd om ’s werelds eerste werkende micro-machines te ontwikkelen met gebruikmaking van de voordelen van zwermen. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Robotics. Het team omvatte assistent-professor Daisuke Inoue, Kyushu University; Professor Henry Hess, Columbia University; Professor Hiroyuki Asanuma, Universiteit van Nagoya; en professor Akinori Kuzuya, Kansai University.
Een zwerm samenwerkende robots krijgt een aantal kenmerken die niet worden gevonden in individuele robots – ze kunnen een werklast verdelen, reageren op risico’s en zelfs complexe structuren creëren als reactie op veranderingen in de omgeving. Microrobots en machines op micro- en nanoschaal hebben vanwege hun omvang weinig praktische toepassingen; als ze in zwermen zouden kunnen samenwerken, zou hun potentiële gebruik enorm toenemen.
Het team bouwde ongeveer vijf miljoen enkelvoudige moleculaire machines. Deze machines waren samengesteld uit twee biologische componenten: microtubuli gekoppeld aan DNA, waardoor ze konden zwermen; en kinesine, die actuatoren waren die de microtubuli konden transporteren. Het DNA werd gecombineerd met een lichtgevoelige verbinding, azobenzeen genaamd, die functioneerde als een sensor, waardoor het zwermen onder controle kon worden gehouden. Bij blootstelling aan zichtbaar licht zorgden veranderingen in de structuur van azobenzeen ervoor dat het DNA dubbele strengen vormde en dat de microtubuli zwermen vormden. Blootstelling aan UV-licht keerde dit proces om.
De lading die in de experimenten werd gebruikt, bestond uit polystyreenkralen met een diameter van micrometers tot tientallen micrometers. Deze kralen werden behandeld met azobenzeen-gekoppeld DNA; zo werd de lading geladen bij blootstelling aan zichtbaar licht en gelost bij blootstelling aan UV-licht. Het DNA en azobenzeen dat in de moleculaire machines en de lading werd gebruikt, waren echter verschillend, zodat het zwermen onafhankelijk van het laden van de lading kon worden gecontroleerd.
Enkele machines kunnen polystyreenkorrels met een diameter tot 3 micrometer laden en vervoeren, terwijl zwermen machines ladingen met een diameter tot 30 micrometer kunnen vervoeren. Bovendien bleek uit een vergelijking van transportafstand en transportvolume dat de zwermen tot vijf keer efficiënter waren in transport in vergelijking met de afzonderlijke machines.
Door aan te tonen dat moleculaire machines kunnen worden ontworpen om te zwermen en samen te werken om lading met hoge efficiëntie te vervoeren, heeft deze studie de basis gelegd voor de toepassing van microrobots op verschillende gebieden. “In de nabije toekomst verwachten we microrobotzwermen te zien die worden gebruikt bij het toedienen van medicijnen, het verzamelen van verontreinigingen, apparaten voor het opwekken van moleculaire energie en microdetectieapparaten”, zegt Akira Kakugo.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Hokkaido University. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Wetenschappers hebben aangetoond dat moleculaire robots in staat zijn om vracht af te leveren door een strategie van zwermen toe te passen, waardoor een transportefficiëntie wordt bereikt die vijf keer groter is dan die van afzonderlijke robots.
Datum van publicatie: 21 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily