| Project/Area Number |
22K12239
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
濱田 省吾 東北大学, 工学研究科, 特任講師 (90610204)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 分子ロボティクス / 人工代謝系 / DNAナノテクノロジー / DNAハイドロゲル |
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| Outline of Research at the Start |
申請者らは，人工代謝系により駆動するDNAマシンを世界に先駆け開発した．代謝を有するロボットを，分子レベルから人工的に実装する基盤となる．この成果をもとに，申請者は，ロボティクス理論における「反応パラダイム」が分子ロボットにも適用できることを見出した．本研究では，人工代謝系を基盤とした「反応型分子ロボティクス」を提唱する．この枠組みに基づき，昆虫レベルの知能を有する自律型分子ロボットを作製する．本研究は，自己複製や進化など，更に高度な生物的特徴を有する分子ロボットの実現へつながる．また，即応し，進化する遺伝子診断技術などへの応用も期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は，DASHシステムを使って実装した人工代謝系で駆動するDNAマシンをベースに，光刺激に応じて選択的移動をする自律型分子ロボットのプロトタイプを設計・作製した．光応答性分子を用いた分子レベルでの構造生成リリーサー機構を設計・作製し，これとDASHシステムと組み合わせた．この分子ロボットを用いることで，本研究のコンセプト実証実験となる，Y字型デバイス内での擬似的な走光性を実現した．これにより，反応型アーキテクチャーに基づく設計で，分子ロボットへ簡単な知能実装が可能であることを示すことができた．2023年度は，上記のプロトタイプ実装をさらに拡張し，多層デバイス内の選択的移動などを反応型アーキテクチャに基づき実装する．さらに，構造生成リリーサー機構についても可逆的な設計に変更することで，光刺激に応じてダイナミックに進行方向を切り替えることが可能な分子ロボットの実装を目指す．これらにより，より生物が持つ走光性に近い挙動特性を持った自律型分子ロボットが実現すると期待される．
また，2022年度は，人工代謝系で駆動する次世代の分子ロボット実現に向け，本系の発展系として新たに分子モータと組み合わせた動的構造生成系の構築を共同研究として行った．その基盤となる動的構造生成にはすでに成功しており，今後は本系をもとにすることで，反応型アーキテクチャーと組み合わせた分子ロボットの作製も目標とする．可塑性のある学習などといった，本研究の目的を新たな形で実装しうるシステムになることが期待される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初2022年度の目標として設定した，走光性を持つ分子ロボットのプロトタイプの作製に成功した．さらにそれだけでなく，人工代謝系で駆動する次世代の分子ロボット構築に極めて重要な意味を持つ新たな系の考案と，その基盤構築が実現できたという点で，予想以上に計画が進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は，これまで構築したDASHベースの自律型分子ロボットをさらに拡張し，多層デバイス内の選択的移動や可逆的な構造生成リリーサー機構など，光刺激に応じてダイナミックに進行方向を複数切り替えることが可能な分子ロボットの実装を目指す．さらに並行して，人工代謝系で駆動する次世代の分子ロボット実現に向け，2022年度に基盤実装に成功した系について，人工代謝系と組み合わせた可塑的なネットワーク構造生成を目指す．
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