Robots gemaakt van DNA blijken in staat om twee soorten moleculen, die aanvankelijk door elkaar liggen, uit te sorteren. Dat laten onderzoekers van Caltech zien. Het bijzondere is dat nanorobots voor het eerst parallel hetzelfde klusje uitvoeren. Dat is een voorwaarde om deze technologie op te kunnen schalen.
Met het blote oog kun je ze niet zien, de nanobots van het California Institute of Technology (Caltech), maar ze zijn hard aan het werk. Onderzoekers van die universiteit slaagden erin om met DNA robotjes te maken die vracht kunnen oppikken en op een vooraf gedefinieerd eindpunt afleveren. Ze schrijven erover in de morgen te verschijnen editie van vakblad Science.
De nanorobotica is een jong vakgebied, een jaar of twintig oud, waarin onderzoekers proberen om apparaatjes van een paar nanometer klusjes te laten uitvoeren. Zo is het al gelukt om een nanobot te laten wandelen over een vooraf geprepareerd oppervlak. Ook voerden robotjes simpele taken uit, zoals het oppikken of laten vallen van een nanodeeltje. Zelfs het aan elkaar knopen van twee moleculen (synthese) kwam binnen handbereik van de ijverige robots.
Nanobots aan het werk
Nu boeken onderzoekers van Caltech belangrijke vooruitgang door meerdere nanobots tegelijk aan het werk te zetten. Zij gebruiken daarbij een vloer van zogeheten DNA-origami, met identieke aangrijpingspunten. Een robotje bestaat uit een aantal componenten: een voet, een arm en een hand. Deze termen moeten we niet al te letterlijk nemen, want het zijn allemaal kleine stukjes DNA, die zich tijdelijk kunnen binden aan een ander molecuul.
Met deze componenten kan een robotje drie handelingen uitvoeren: een stap zetten, vracht optillen of vracht laten vallen. De robot kan zich één positie verplaatsen en kan dat alleen in een willekeurige richting doen (één van de vier). Dat levert een zogeheten random walk op, een dronkemanswandeling.
Vracht op locatie
Een eenvoudig algoritme geeft de robotjes de opdracht om hun vracht pas weer te laten vallen als ze op een bepaalde locatie komen. De robotjes zijn in de gaten te houden doordat de twee stukken (soorten) vracht bestaan uit fluorescerende moleculen van verschillende kleuren. Twee robotjes die bij elkaar in de buurt zijn, kunnen alle handelingen uitvoeren, behalve tegelijk op dezelfde locatie gaan staan en tegelijk dezelfde vracht oppikken. Verder mogen de robotjes tijdens het experiment helemaal autonoom hun gang gaan.
Het resultaat van deze proef is dat alle robots samen in afzienbare tijd alle lading hebben verzameld en op de gepland locatie hebben afgeleverd (Zie het openingsbeeld voor een indruk). Gemiddeld heeft elk robotje daarvoor 300 stappen afgelegd – dit is twee ordegroottes meer dan eerdere robotjes die taken moesten uitvoeren.
Toepassingen
Hoewel dit nog fundamenteel onderzoek is, zijn er tal van toekomstige toepassingen te bedenken. De lading die de nanobots transporteerden, was nu nutteloos, maar zou in de toekomst kunnen bestaan uit onderdelen voor complexe chemische stoffen; metalen, eiwitten enzovoort. Het idee is daarbij dat je een hoop componenten hebt, die door nanobots aan elkaar worden gezet.
Het sterke punt van dit onderzoek is vooral dat voor het eerst verschillende identieke robotjes parallel dezelfde taken hebben uitgevoerd. Dit is belangrijk, want het laat zien dat dit soort processen op te schalen zijn richting een commercieel interessante schaal.
Meer uitleg is te lezen in dit persbericht.
Beeldmateriaal Science
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.