Развитие модульных роботов на основе оригами
За последние десятилетия всё больше команд в области робототехники начали разрабатывать модульных роботов, вдохновлённых древним искусством складывания бумаги — оригами. Недавно некоторые из этих команд начали экспериментировать со структурами оригами, состоящими из сложенных цепочек ДНК, которые могут способствовать созданию новых наномасштабных систем для медицинских применений.
Новые нанороботы на основе реконфигурируемых структур ДНК-оригами
Исследователи из Людвиг-Максимилианского университета в Мюнхене, Университета Эмори и Технологического института Джорджии представили новых нанороботов на основе реконфигурируемых структур ДНК-оригами.
Эти нанороботы, описанные в статье, опубликованной в Science Robotics, представляют собой сети связанных двухпозиционных ДНК-единиц (массивы), которые можно запрограммировать на реакцию на различные сигналы окружающей среды.
История и исследования
Переконфигурируемые массивы ДНК-оригами были впервые представлены в лаборатории Ёнганга в 2017 году. Филипп Тиннефельд, соавтор статьи, рассказал Tech Xplore, что вскоре после этого они встретились на конференции, и он высказал идею о визуализации правил трансформации путём наблюдения за статусом отдельных соединений в массиве с помощью пар гасителей красителей и спектроскопии одиночных молекул.
За последние несколько лет исследователи подробно изучили трансформацию реконфигурируемых массивов ДНК-оригами, разработанных Ке, используя зонды одиночных молекул. Они также попытались повлиять на эту трансформацию, используя замки и другие элементы реконфигурации, интегрируя компоненты, которые позволили бы массивам высвобождать крошечные объекты.
Результаты исследований
Команда изучила роль последовательностей в местах соединений для трансформации массива, что привело к публикации двух статей в Nature Communications в сентябре 2024 года и июле 2025 года. Эти работы помогли им получить фундаментальное понимание трансформации наноматриц.
Создание автономных нанороботов
Идея Фионы Коул и Мартины Пфайффер, двух аспирантов Людвиг-Максимилианского университета в Мюнхене, заключалась в том, что массивы оригами, созданные Ке, можно использовать для создания нанобота с программируемыми и многоэтапными функциями.
Исследователи обнаружили, что массивы, разработанные Ке, можно предварительно загрузить триггерными цепочками ДНК. Эти цепочки могут снабжать нанороботов энергией, позволяя им работать автономно без необходимости во внешних источниках энергии.
Наноматрицы, разработанные Ке, могут содержать десятки взаимосвязанных единиц, называемых «анти-соединениями». Примечательно, что эти единицы можно индивидуально модифицировать для выполнения определённых функций, таких как приём и обработка входных сигналов.
В будущем нанороботы могут оказаться перспективными для диагностики различных заболеваний или доставки лекарств в определённые места внутри человеческого тела.
Перспективы
«Мы хотели бы адаптировать наноробота так, чтобы он мог работать в различных средах», — сказали Тиннефельд и Ке. «Мы также планируем решить проблему энергоснабжения нанороботов с помощью концепций броуновского ДНК-вычисления».
Более того, можно использовать другие источники энергии (например, свет) для работы наноробота. Текущая конструкция работает на 2D-платформе (наноматрице), но можно изучить и 3D-систему.