Moleculaire robotica: deze microscopische robots kunnen vrijwel alles

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 30 november 2023

Samenvatting inzicht

Moleculaire robotica, een interdisciplinair project op het kruispunt van robotica, moleculaire biologie en nanotechnologie, aangevoerd door het Wyss Institute van Harvard, brengt de programmering van DNA-strengen naar robots die complexe taken op moleculair niveau kunnen uitvoeren. Door gebruik te maken van CRISPR-genbewerking, zouden deze robots de ontwikkeling en diagnostiek van medicijnen kunnen revolutioneren, waarbij entiteiten als Ultivue en NuProbe commerciële uitstapjes leiden. Terwijl onderzoekers zwermen DNA-robots onderzoeken voor complexe taken, vergelijkbaar met insectenkolonies, liggen toepassingen in de echte wereld nog in het verschiet, met een ongeëvenaarde precisie in medicijnafgifte, een zegen voor nanotechnologisch onderzoek en het potentieel voor het construeren van moleculaire materialen in verschillende industrieën.

Context van moleculaire robotica

Onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard University waren geïntrigeerd door de andere mogelijke use cases van DNA, dat zich kan assembleren in verschillende vormen, maten en functies. Ze probeerden robotica. Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt doordat DNA en robots één ding gemeen hebben: het vermogen om geprogrammeerd te worden voor een specifiek doel. In het geval van robots kunnen ze worden gemanipuleerd via binaire computercode, en in het geval van DNA met nucleotidesequenties. In 2016 richtte het instituut het Molecular Robotics Initiative op, dat experts op het gebied van robotica, moleculaire biologie en nanotechnologie samenbracht. Wetenschappers waren enthousiast over de relatieve onafhankelijkheid en flexibiliteit van moleculen, die zichzelf kunnen assembleren en in realtime kunnen reageren op de omgeving. Deze eigenschap betekent dat deze programmeerbare moleculen kunnen worden gebruikt om nanoschaalapparaten te maken die use cases kunnen hebben in verschillende industrieën.

Moleculaire robotica wordt mogelijk gemaakt door de nieuwste doorbraken in genetisch onderzoek, met name de genbewerkingstool CRISPR (clustered regular interspaced short palindromic repeats). Deze tool kan DNA-strengen lezen, bewerken en knippen indien nodig. Met deze technologie kunnen DNA-moleculen worden gemanipuleerd tot nog preciezere vormen en kenmerken, waaronder biologische circuits die elke potentiële ziekte in een cel kunnen detecteren en deze automatisch kunnen doden of kunnen voorkomen dat deze kankerachtig wordt. Deze mogelijkheid betekent dat moleculaire robots de ontwikkeling van medicijnen, diagnoses en therapieën kunnen revolutioneren. Wyss Institute boekt ongelooflijke vooruitgang met dit project en heeft al twee commerciële bedrijven opgericht: Ultivue voor zeer nauwkeurige weefselbeeldvorming en NuProbe voor nucleïnezuurdiagnostiek.

Disruptieve impact

Een van de grootste voordelen van moleculaire robotica is dat deze kleine apparaten met elkaar kunnen interacteren om complexere doelen te bereiken. Op basis van aanwijzingen van kolonies insecten zoals mieren en bijen, werken onderzoekers aan de ontwikkeling van zwermen robots die complexe vormen kunnen vormen en taken kunnen voltooien door met elkaar te communiceren via infraroodlicht. Dit type nanotechnologische hybride, waarbij de grenzen van DNA kunnen worden vergroot met de rekenkracht van robots, zou verschillende toepassingen kunnen hebben, waaronder efficiëntere gegevensopslag die kan resulteren in lagere koolstofemissies.

In juli 2022 creëerden studenten van de in Georgia gevestigde Emory University moleculaire robots met DNA-gebaseerde motoren die opzettelijk in een specifieke richting kunnen bewegen. De motoren konden chemische veranderingen in hun omgeving waarnemen en wisten wanneer ze moesten stoppen met bewegen of de richting opnieuw moesten kalibreren. De onderzoekers zeiden dat deze ontdekking een grote stap is in de richting van medische tests en diagnostiek, omdat zwermmoleculaire robots nu van motor tot motor kunnen communiceren. Deze ontwikkeling betekent ook dat deze zwermen chronische ziekten zoals diabetes of hypertensie kunnen helpen beheersen. Hoewel onderzoek op dit gebied echter enige vooruitgang heeft opgeleverd, zijn de meeste wetenschappers het erover eens dat grootschalige, echte toepassingen van deze kleine robots nog jaren verwijderd zijn.

Implicaties van moleculaire robotica

Bredere implicaties van moleculaire robotica kunnen zijn: 

• Nauwkeuriger onderzoek naar menselijke cellen, waaronder de mogelijkheid om medicijnen aan specifieke cellen toe te dienen.


• Meer investeringen in nanotechnologieonderzoek, met name door zorgverleners en grote farmaceutische bedrijven.


• De industriële sector kan complexe machineonderdelen en -benodigdheden bouwen met behulp van een zwerm moleculaire robots.


• Steeds meer ontdekkingen van moleculaire materialen die op allerlei manieren kunnen worden toegepast, van kleding tot bouwonderdelen.


• Nanorobots die geprogrammeerd kunnen worden om hun componenten en zuurtegraad te veranderen, afhankelijk van of ze in of buiten organismen moeten werken. Hierdoor zijn ze zeer kosteneffectieve en flexibele werkers.

Vragen om op te reageren

• Wat zijn andere mogelijke voordelen van moleculaire robots in de industrie?


• Wat zijn andere mogelijke voordelen van moleculaire robots in de biologie en gezondheidszorg?