Дослідники з Університету Людвіга Максиміліана в Мюнхені, Університету Еморі та Технологічного інституту Джорджії створили новий тип автономних нанороботів. Вони побудовані з так званих «орігамі» зі ДНК — це спеціальні структури, які можна перепрограмовувати та змінювати їхню форму залежно від умов.
Основою цих нанороботів є мережа з'єднаних ДНК-елементів, кожен із яких має два стани. Такі елементи можуть реагувати на сигнали з навколишнього середовища. Ці масиви були вперше запропоновані в 2017 році в лабораторії Йонганга Ке, і останні роки дослідники вивчали, як саме змінюються їхні з'єднання.
Співавтор Філіп Тіннефельд згадує, що йому хотілося побачити, «як працюють правила трансформації, спостерігаючи за станом окремих вузлів за допомогою барвників і спектроскопії одиничних молекул».
Робота, опублікована у Science Robotics, описує, як такі ДНК-структури можуть виконувати кілька запрограмованих кроків поспіль, використовуючи енергію, яку вони зберігають у своїй будові.
Читайте також:
Зоряні війни стають реальністю. Американська компанія представила людиноподібного робота для армії
У попередні роки команди вивчали, як ці структури змінюють форму, і в серії досліджень у 2024−2025 роках описали, як саме працюють з'єднання між ДНК-елементами.
Ривок у роботі зробили дві аспірантки — Фіона Коул та Мартіна Пфайффер. Вони запропонували сприймати кожне з'єднання як окремий модуль, який можна «перепрограмувати». Тіннефельд пояснив: «Фіона і Мартіна побачили унікальний потенціал цих масивів для багатоетапних функцій».
На кожен такий модуль можна встановити умовні «замки», елементи затримки, модулі для передачі сигналу чи для вивільнення вантажу. Тобто програмне керування додається поверх ДНК-«заліза».
Читайте також:
Вкрав чи надихнувся? Режисер стрічки «Я, робот» звинуватив Ілона Маска в копіюванні дизайну роботів і автівок Дослідники також показали, що в ці структури можна заздалегідь закласти спеціальні ДНК-ланцюжки, які зберігають енергію у вигляді механічного напруження. Йонганг Ке описав це як «наномашину на батарейці», додавши: «Це схоже на заводну іграшку, яка працює за рахунок напруження».
У таких масивах є десятки взаємопов'язаних «анти-вузлів»,
кожен із яких може виконувати свою функцію — передати сигнал або вивільнити мікроскопічний вантаж. Оскільки всі елементи пов’язані, вони можуть «спілкуватися» між собою, створюючи складні ланцюги реакцій.
Йонганг Ке пояснив: «Коли ми протестували кожен модуль і об'єднали їх у єдину систему, автономний наноробот із програмованими функціями став реальністю». Дослідники порівнюють цю систему з FPGA — електронними чипами, де апаратну частину можна перепрограмувати.
Хоча розробка ще на етапі досліджень, вона має властивості, які роблять її перспективною для медицини та діагностики. Нанороботи можуть взаємодіяти не лише з ДНК, а й з білками, іншими молекулами та навіть світлом. Їхня здатність працювати автономно завдяки «вбудованій» енергії відкриває шлях до застосувань усередині організму.
Команда планує адаптувати нанороботів до різних середовищ та шукати нові джерела енергії. «Ми також плануємо вирішити проблему енергопостачання нанороботів, використовуючи концепції броунівських ДНК-обчислень», — кажуть Тіннефельд і Ке.
У майбутньому нанороботи можуть працювати від світла або перетворитися з плоских 2D-структур на повноцінні 3D-системи.
Читайте також:
Як у науковій фантастиці. Американський бренд показав нові роботизовані чоботи-скороходи — відео
