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DNA機器人設計時間從幾天縮短至幾分鐘

一個奈米機械臂的爪子可以拾起極小的物體。

科學家預計在未來五到十年之內,以基因材料製造的奈米機器人就會投放市場。這些奈米設備可以在人體內探查致命病原體、遞送藥物,甚至還可以輔助製造更小的電子設備,有著廣泛的應用前景。

以基因材料製造的機器人就是把微小的DNA片段組合成像馬達和鉸鏈等各種所需的部件,再組裝在一起,可以自行移動,在生物體內完成一系列任務的自動化設備。

美國俄亥俄州立大學(The Ohio State University)的研究人員發明了一套軟體,把設計這種機器人的時間從以前所需的幾天,縮短到幾分鐘,並可以設計更複雜的機器人。

部件數量增多

研究者之一俄亥俄州立大學機械和航空航天工程學教授蘇海俊(Hai-Jun Su,音譯)說:「以前我們設計的設備最多含有6個部件連接起來活動。有了這個新軟體,設計最多含有20個部件的設備都不難,而且更易於控制。這是奈米設備設計領域一項很大的進步。」

三維設計

以前,研究人員只能進行二維平面的設計,再投射成立體物件。這個軟體讓研究人員可以直接進行三維立體設計,所以現在能夠完成的設計複雜度更高。

兩種設計思路

另外,這個軟體支持兩種設計思路,既可以從局部到整體,也可以從整體到局部,也是助力複雜設計的重要進步所在。

從局部到整體意味著,研究人員先用DNA片段設計局部結構,這樣能精確設計局部結構的特性,並保持對其精準的控制。從整體到局部意味著,研究人員先決定設備總體的幾何形狀,然後考慮怎樣把DNA片段按照需要拼湊起來滿足整體的要求。

這兩種設計思路搭配使用,可以設計出幾何形狀更複雜的奈米設備,並保持對個體部件的精準控制。

對運作情況的模擬

這個軟體還有一個重要的優點在於,設計人員可以在軟體內模擬設備在真實世界內的移動和使用情況。合作研究者機械和航空航天工程學副教授卡斯楚(Carlos Castro)說:「隨著結構複雜度的增加,很難估計它們最後的樣子和行為。所以能夠模擬它們的運作這很重要,否則會浪費我們很多時間。」

只有頭髮千分之一大的「飛機」

研究人員設計了幾個設備來展示此軟體的能力,包括帶有爪子的機械臂,用於抓取很小的物品;和只有一百個奈米大小的、像「飛機」一樣的結構。這樣的「飛機」只有人類頭髮的千分之一那么小。

卡斯楚說,更複雜的機器人意味著可以做更多的事情,甚至是同一個設備可以完成多種任務。比如,以前的設備只能進入生物體探測致命病原體的存在,更複雜的機器人可以在找到病原體後將其捕獲,或者是有針對性地釋放藥物對付它。

卡斯楚說:「DNA奈米技術的商業利益越來越明確。我估計在未來五到十年內,我們將看到商業化的DNA奈米設備。我們有信心這個軟體有助於推動實現這個目標。」

這項研究4月19日發表於《自然·材料》(Nature Materials)期刊。◇

責任編輯: 夏雨荷  來源:大紀元記者李少維編譯報導 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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