Рой молекулярных роботов может распределять нагрузку

Японские ученые из Университета Хоккайдо разработали молекулярных роботов, которые обладают так называемым роевым интеллектом. В эксперименте роботы смогли распределить нагрузку между собой. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.

Групповая робототехника – это новая дисциплина, вдохновленная кооперативным поведением живых организмов. Этот тип робототехники сосредоточен на создании роботов, которые могут существовать в роях и решать сложные задачи. Рой представляет собой упорядоченное коллективное поведение нескольких роботов. Уже были разработаны макророи роботов, которые применяются для перевозки грузов, образования форм или постройки сложных структур. Роящиеся роботы могут распределять между собой нагрузку, реагировать на риски и образовывать сложные структуры в ответ на изменения в окружающей среде. У микро- и нанороботов подобного типа, которые работают индивидуально, очень мало применений. Но их число может увеличиться, если такие роботы будут работать как рой.

Японские ученые впервые разработали микророботов, которые могут работать как рои. Полученный рой состоит из пяти миллионов молекулярных машин, каждая из которых состоит из двух биологических компонентов. Микротрубочки, связанные с ДНК, позволяют роботам роиться. Белок кинезин отвечает за передвижение. ДНК при этом связана с азобензолом – органической молекулой, которая служит светочувствительным сенсором. Азобензол позволяет контролировать рой. При облучении светом видимой области происходят изменения в структуре азобензола, из-за чего ДНК образует двойную спираль, а роботы формируют рой. Облучение ультрафиолетом обращает этот процесс вспять.

Ученые провели эксперимент, в котором роботам нужно было перенести шарики из полистирола разных диаметров – от микрометров до десятков микрометров. Эти шарики обработали структурами, состоящими из ДНК и молекулы типа азобензола. Благодаря различиям в использовавшихся молекулах загрузка груза и роение контролировались независимо друг от друга. Груз загружался на роботов при облучении светом видимой области. Индивидуальные роботы могли переносить полистироловые шарики до 3 мкм в диаметре. Рою же удалось перенести шарики до 30 мкм в диаметре. Сравнение дальности и объемов транспортировки показало, что рои были в пять раз эффективнее индивидуальных роботов.

Продемонстрировав, что молекулярные машины могут роиться и кооперироваться для эффективной транспортировки груза, это исследование заложило фундамент для применения микророботов в разных областях. Ученые считают, что рои микророботов могут использоваться для доставки лекарств, сбора загрязнителей, в молекулярных генераторах энергии и микродетекторах.

Источник: InScience.News