自己組織化人工サルコメアによる分子機械融合マイクロシステムの力学機能創発

• Project Area: Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry
• Project/Area Number: 21H05880
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森島 圭祐 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60359114)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 分子機械融合 / 自己組織化 / マイクロロボット / 分子人工筋肉 / 生命機械融合 / バイオアクチュエータ / 人工筋肉 / 分子機械

Outline of Research at the Start

本研究は、筋細胞が互いに融合分化し、サルコメアを自己組織化により形成し、収縮能をもつ筋肉組織となるような、細胞内部で起きているプロセスを人為的に細胞外でin vitro環境下で形成し、ミリスケールサイズで大きい力を発生する、全く新しいATP駆動型分子人工筋肉の力学特性を評価することで、構造を制御し、運動機能を発現させる制御則、分子機械融合マイクロシステムの力学機能創発と分子サイバネティクスの学理を探求することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、筋細胞が互いに融合分化し、サルコメアを自己組織化により形成し、収縮能をもつ筋肉組織となるような、細胞内部で起きているプロセスを人為的に細胞外でin vitro環境下で形成する実験系を用いて、ミリスケールサイズで大きい力を発生する、全く新しいATP駆動型分子人工筋肉の力学特性をより効率的に評価する測定環境を構築した。
昨年度構築した、分子人工筋肉の発生力をより高精度に実時間計測できる微小力センシング法により、分子人工筋肉の微小力を計測評価し、力学機能を創発する構造の制御条件を調査した。本研究により、実験系と計測評価系を構築することで、分子機械融合マイクロシステムの力学機能創発と分子サイバネティクスの学理創出の可能性、構造を制御し、運動機能を発現させる制御則を見出す可能性を示した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In situ integrated microrobots driven by artificial muscles built from biomolecular motors (2022)
  • Author(s): Wang Yingzhe、Nitta Takahiro、Hiratsuka Yuichi、Morishima Keisuke
  • Journal Title: Science Robotics Volume: 7 Issue: 69
  • DOI: 10.1126/scirobotics.aba8212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A printable active network actuator built from an engineered biomolecular motor (2021)
  • Author(s): Takahiro Nitta, Yingzhe Wang, Zhao Du, Keisuke Morishima and Yuichi Hiratsuka
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 20 Issue: 8 Pages: 1149-1155
  • DOI: 10.1038/s41563-021-00969-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 3D origami microrobot moving at the air-water interface driven by biomolecular artificial muscle (2022)
  • Author(s): ingzhe WANG, Takahiro MATSUNO, Takahiro NITTA, Yuichi HIRATSUKA, Keisuke MORISHIMA
  • Organizer: The Proceedings of JSME annual Conference on Robotics and Mechatronics (Robomec)
• [Presentation] Microfluidic actuators driven by biomolecular artificial muscle (2022)
  • Author(s): Yingzhe WANG, Takahiro NITTA, Yuichi HIRATSUKA, Keisuke MORISHIMA
  • Organizer: The Proceedings of JSME annual Conference on Robotics and Mechatronics (Robomec)
• [Presentation] In-situ Integrated Microrobots Powered By Biomolecular Artificial Muscle (2022)
  • Author(s): Yingzhe Wang, Yuichi Hiratsuka, Takahiro Nitta, Keisuke Morishima
  • Organizer: The 39th IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Bioinspired and Biohybrid (Cyborg) Systems Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 自己組織化バイオアクチュエータによって実現する動的再構成可能ウエットロボティクスの創成 (2022)
  • Author(s): 森島圭祐
  • Organizer: 第34回バイオエンジニアリング講演会シンポジウム OS：メカノアクティブソフトマター 2022/6/25
  • Invited
• [Presentation] マイクロナノ科学の最前線 (2022)
  • Author(s): 森島圭祐
  • Organizer: 有機機能材料のリソグラフィ加工コンソーシアム 第45回定例会 2022/09/27
  • Invited
• [Presentation] バック・トゥ・ザ・フューチャー続編バイオエンジニアリング_LiVEMechX版 (2022)
  • Author(s): 森島圭祐
  • Organizer: 第33回バイオフロンティア講演
  • Invited
• [Presentation] 生物資源が拓くマイクロ知能ロボットとアグリ工学の未来ー昆虫筋細胞バイオアクチュエーターから生物サイボーグー (2022)
  • Author(s): 森島圭祐
  • Organizer: インテリジェントアグリ工学フォーラム 3月13日
  • Invited
• [Presentation] In-Situ Integrated Microrobots on a Chip Powered by Biomolecular Artificial Muscle (2022)
  • Author(s): Yingzhe Wang; Yuichi Hiratsuka; Takahiro Nitta; Keisuke Morishima
  • Organizer: 2022 IEEE 35th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems Conference (MEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of Living Machined Wet Robotics -LiVEMechX Integration- (2021)
  • Author(s): Keisuke Morishima
  • Organizer: IEEE EMBC workshop: Bio-inspired, Bio-mimetic and Bio-hybrid (Cyborg) Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] LiVEMechX Integration-分子機械融合マイクロシステムの力学機能創発- (2021)
  • Author(s): 森島圭祐
  • Organizer: 分子サイバネティクス第8回領域セミナー
  • Invited
• [Remarks] 生命機械融合ウエットロボティクス領域 森島研究室
  • URL: http://www-live.mech.eng.osaka-u.ac.jp/