Molekyylirobotiikka: Nämä mikroskooppiset robotit voivat tehdä melkein mitä tahansa

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Marraskuussa 30, 2023

Havainnon yhteenveto

Molecular robotics, monitieteinen hanke robotiikan, molekyylibiologian ja nanoteknologian yhtymäkohdassa, jota johtaa Harvardin Wyss Institute, edistää DNA-säikeiden ohjelmointia roboteiksi, jotka pystyvät suorittamaan monimutkaisia ​​tehtäviä molekyylitasolla. Hyödyntämällä CRISPR-geenin muokkausta, nämä robotit voivat mullistaa lääkekehityksen ja diagnostiikan, ja Ultivuen ja NuProben kaltaiset yhteisöt johtavat kaupallisia tutkimuksia. Samalla kun tutkijat tutkivat DNA-robotteja monimutkaisia ​​tehtäviä varten, jotka muistuttavat hyönteisyhdyskuntia, todelliset sovellukset ovat edelleen horisontissa, mikä lupaa vertaansa vailla olevaa tarkkuutta lääkkeiden toimittamisessa, siunausta nanoteknologian tutkimukselle ja potentiaalia molekyylimateriaalien rakentamiseen eri teollisuudenaloilla. .

Molekyylirobotiikan konteksti

Harvardin yliopiston Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering -instituutin tutkijat kiinnostuivat muista mahdollisista DNA:n käyttötapauksista, jotka voivat koota eri muotoihin, kokoihin ja toimintoihin. He kokeilivat robotiikkaa. Tämä löytö tehtiin mahdolliseksi, koska DNA:lla ja roboteilla on yksi asia – kyky ohjelmoida tiettyä tavoitetta varten. Robottien tapauksessa niitä voidaan manipuloida binaarisen tietokonekoodin avulla ja DNA:n tapauksessa nukleotidisekvensseillä. Instituutti perusti vuonna 2016 Molecular Robotics Initiativen, joka kokosi yhteen robotiikan, molekyylibiologian ja nanoteknologian asiantuntijat. Tiedemiehet olivat innoissaan molekyylien suhteellisesta riippumattomuudesta ja joustavuudesta, jotka voivat koota itsekseen ja reagoida reaaliajassa ympäristöön. Tämä ominaisuus tarkoittaa, että näitä ohjelmoitavia molekyylejä voidaan käyttää nanomittakaavan laitteiden luomiseen, joilla voi olla käyttötapauksia eri toimialoilla.

Molekylaarirobotiikan mahdollistavat geenitutkimuksen viimeisimmät läpimurrot, erityisesti geeninmuokkaustyökalu CRISPR (klusteroitu säännöllisesti välimatkan päässä sijaitsevista lyhyistä palindromisista toistoista). Tämä työkalu voi lukea, muokata ja leikata DNA-säikeitä tarpeen mukaan. Tämän tekniikan avulla DNA-molekyylejä voidaan manipuloida entistä tarkempiin muotoihin ja ominaisuuksiin, mukaan lukien biologiset piirit, jotka voivat havaita minkä tahansa mahdollisen sairauden solussa ja tappaa sen automaattisesti tai estää sen muodostumisen syöpään. Tämä mahdollisuus tarkoittaa, että molekyylirobotit voivat mullistaa lääkekehityksen, diagnoosit ja terapiat. Wyss Institute etenee uskomattomalla tavalla tämän projektin kanssa perustamalla jo kaksi kaupallista yritystä: Ultivuen erittäin tarkkaan kudoskuvaukseen ja NuProben nukleiinihappodiagnostiikkaan.

Häiritsevä vaikutus

Yksi molekyylirobotiikan suurimmista eduista on, että nämä pienet laitteet voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa monimutkaisempien tavoitteiden saavuttamiseksi. Hyönteisyhdyskuntien, kuten muurahaisten ja mehiläisten, vihjeitä hyödyntäen tutkijat työskentelevät kehittääkseen robottiparvia, jotka voivat muodostaa monimutkaisia ​​muotoja ja suorittaa tehtäviä kommunikoimalla keskenään infrapunavalon avulla. Tämän tyyppisellä nanoteknologian hybridillä, jossa DNA:n rajoja voidaan täydentää robottien laskentateholla, voisi olla useita sovelluksia, mukaan lukien tehokkaampi tiedon tallennus, joka voi vähentää hiilidioksidipäästöjä.

Heinäkuussa 2022 Georgiassa sijaitsevan Emory Universityn opiskelijat loivat DNA-pohjaisilla moottoreilla varustettuja molekyylirobotteja, jotka voivat liikkua tarkoituksella tiettyyn suuntaan. Moottorit pystyivät aistimaan kemialliset muutokset ympäristössään ja tietämään, milloin liike on lopetettava tai suunta kalibroitava uudelleen. Tutkijat sanoivat, että tämä löytö on iso askel kohti lääketieteellistä testausta ja diagnostiikkaa, koska parvimolekyylirobotit voivat nyt kommunikoida moottorista moottoriin. Tämä kehitys tarkoittaa myös, että nämä parvet voivat auttaa hallitsemaan kroonisia sairauksia, kuten diabetesta tai verenpainetautia. Vaikka tämän alan tutkimus on tuottanut edistystä, useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että näiden pienten robottien laajamittaiset todelliset sovellukset ovat vielä vuosien päässä.

Molekyylirobotiikan vaikutukset

Molekyylirobotiikan laajempia vaikutuksia voivat olla: 

• Tarkempi tutkimus ihmissoluista, mukaan lukien kyky toimittaa lääkkeitä tiettyihin soluihin.
• Lisääntyneet panostukset nanoteknologian tutkimukseen, erityisesti terveydenhuollon tarjoajien ja suurten lääkkeiden toimesta.
• Teollisuussektori pystyy rakentamaan monimutkaisia ​​koneiden osia ja tarvikkeita käyttämällä parvi molekyylirobotteja.
• Lisääntynyt molekyylipohjaisten materiaalien löytäminen, joita voidaan käyttää mihin tahansa vaatteisiin ja rakennusosiin.
• Nanorobotit, jotka voidaan ohjelmoida muuttamaan komponenttejaan ja happamuuttaan riippuen siitä, vaaditaanko niitä työskentelemään organismeissa vai ulkona, mikä tekee niistä erittäin kustannustehokkaita ja joustavia työntekijöitä.

Kommentoitavia kysymyksiä

• Mitä muita mahdollisia hyötyjä molekyyliroboteista on teollisuudessa?
• Mitä muita mahdollisia hyötyjä molekyyliroboteista on biologiassa ja terveydenhuollossa?