• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実施状況報告書

Optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0261
研究機関お茶の水女子大学

研究代表者

オベル加藤 ナタナエル  お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (10749659)

研究分担者 川又 生吹  東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
佐藤 佑介  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (60830560)
研究期間 (年度) 2019-10-07 – 2024-03-31
キーワードMolecular Robotics / Collective Behaviors / Swarm / Microfluidics / Reaction-Diffusion / Quality-Diversity / Evolutionary Algorithm
研究実績の概要

On the experimental side, our focus was on novel candidates for molecular robotic bodies: DNA droplets and water‐in‐water droplets with signaling and sensing capabilities. We also implemented a system for the dynamic production of molecular signals, thus completing the last elements needed for molecular robots according to the original plan.
On the theoretical side, we continued our work on the implementation of a molecular algorithm for area shape recognition in a swarm of (electronic) robots. We also extended our molecular computing model and designed a molecular oscillator that can be toggled between different limit cycles.
In terms of collaborations, we organized two trips to the French side: one hands-on research trip, working directly on the robotic implementation, and one short workshop, reporting on the progress of both sides and discussing further collaborations.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

We achieved all goals mentioned at the beginning of the year without particular delay. We published 10 journal articles and 1 international conference proceedings article based on those results.

今後の研究の推進方策

As the final year of the project, we want to both finalize some of the experimental designs created so far as well as investigate new ideas for future collaborations with the French side.
In particular, we want to strengthen our collaboration on molecular systems. We will focus on two types of systems: (a) swarms made of microtubules and kinesin, and (b) DNA hydrogel formation based on DNA-chemical reaction networks.
On the theoretical side, we plan to finish the swarm robotics implementation of our algorithm and move on to novel robots developped by the French side. We also plan to develop an efficient sequence design algorithm using combinatorial optimization techniques discussed with the French side during the last fiscal year. Finally, we will work on the modeling and simulation of systems designed on the experimental side.

次年度使用額が生じた理由

The excess of budget resulted from our inability to travel to the partner institution while restrictions were in place. That excess was partially consumed during the year 2022~2023 period as travel was restored. The reminder will be, likewise, consumed through experiments performed on the French side. The current situation will allow us to catch up with the original plan, thus matching the expected expenditures.
Any potential reminder will be used for traveling to conferences, presenting the results of the project.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 11件、 オープンアクセス 7件、 査読あり 10件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Sorbonne University, ISIR/Sorbonne University, LJP(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Sorbonne University, ISIR/Sorbonne University, LJP
  • [雑誌論文] Sequence-dependent fusion dynamics and physical properties of DNA droplets2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Yusuke、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 5 ページ: 1919~1925

    • DOI

      10.1039/D3NA00073G

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neural coding of temperature with a DNA-based spiking chemical neuron2022

    • 著者名/発表者名
      Lobato-Dauzier N.、Baccouche A.、Gines G.、L?vi T.、Rondelez Y.、Fujii T.、Kim S. H.、Aubert-Kato N.、Genot A.J.
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2022.07.06.498929

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Toggling Between Two Limit Cycles in a Molecular Ecosystem2022

    • 著者名/発表者名
      Fauste-Gay Adrien、Lobato-Dauzier Nicolas、Baccouche Alexandre、Rondelez Yannick、Kim Soo Hyeon、Fujii Teruo、Aubert-Kato Nathanael、Genot Anthony J.
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: 40 ページ: 703~721

    • DOI

      10.1007/s00354-022-00178-y

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-replication and Mutation of Polymeric Molecules Simulated by Simplified Chemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Mori Taisei、Kawamata Ibuki、Murata Satoshi
    • 雑誌名

      14th International Workshop on Parallel and Distributed Algorithms and Applications (PDAA)

      巻: - ページ: 192~198

    • DOI

      10.1109/CANDARW57323.2022.00083

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Algorithmic Design of 3D Wireframe RNA Polyhedra2022

    • 著者名/発表者名
      Elonen Antti、Natarajan Ashwin Karthick、Kawamata Ibuki、Oesinghaus Lukas、Mohammed Abdulmelik、Seitsonen Jani、Suzuki Yuki、Simmel Friedrich C.、Kuzyk Anton、Orponen Pekka
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 ページ: 16608~16616

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c06035

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lipid bilayer-assisted dynamic self-assembly of hexagonal DNA origami blocks into monolayer crystalline structures with designed geometries2022

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Yuki、Kawamata Ibuki、Watanabe Kotaro、Mano Eriko
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104292

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Autonomous and Programmable Strand Generator Implemented as DNA and Enzymatic Chemical Reaction Cascade2022

    • 著者名/発表者名
      Kawamata Ibuki、Nomura Shin-ichiro M.、Murata Satoshi
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: 40 ページ: 723~736

    • DOI

      10.1007/s00354-022-00156-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] DNA Droplets: Intelligent, Dynamic Fluid2022

    • 著者名/発表者名
      Udono Hirotake、Gong Jing、Sato Yusuke、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Advanced Biology

      巻: 7 ページ: -

    • DOI

      10.1002/adbi.202200180

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Surfactant‐Assisted Purification of Hydrophobic DNA Nanostructures2022

    • 著者名/発表者名
      Iwabuchi Shoji、Nomura Shin‐ichiro M.、Sato Yusuke
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 24 ページ: -

    • DOI

      10.1002/cbic.202200568

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Water‐in‐Water Droplets Selectively Uptake Self‐Assembled DNA Nano/Microstructures: a Versatile Method for Purification in DNA Nanotechnology2022

    • 著者名/発表者名
      Masukawa Marcos K.、Sato Yusuke、Yu Fujio、Tsumoto Kanta、Yoshikawa Kenichi、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 23 ページ: -

    • DOI

      10.1002/cbic.202200240

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Computational DNA Droplets Recognizing miRNA Sequence Inputs Based on Liquid?Liquid Phase Separation2022

    • 著者名/発表者名
      Gong Jing、Tsumura Nozomi、Sato Yusuke、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 32 ページ: -

    • DOI

      10.1002/adfm.202202322

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pattern Formation and Information Processing Based on Phase-separated DNA Droplets2022

    • 著者名/発表者名
      SATO Yusuke、TAKINOUE Masahiro
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 62 ページ: 345~347

    • DOI

      10.2142/biophys.62.345

  • [雑誌論文] 自律型分子コンピューティングの現状と未来2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤佑介,公婧,瀧ノ上正浩
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 10 ページ: 522-524

  • [雑誌論文] Construction of Artificial Cell-type Molecular Robots2022

    • 著者名/発表者名
      IWABUCHI Shoji、FUKAMI Noriki、SATO Yusuke、NOMURA Shin-ichiro M.
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 62 ページ: 178~180

    • DOI

      10.2142/biophys.62.178

  • [学会発表] Molecular-scale robots built from DNA and their self-assembly2023

    • 著者名/発表者名
      Kawamata Ibuki
    • 学会等名
      Workshop on optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors
    • 招待講演
  • [学会発表] Prediction of DNA structure volume2023

    • 著者名/発表者名
      Hyakuzuka Maya, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      Workshop on optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of automated chemical reaction network design and simulation tools2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Ruka, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      Workshop on optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors
    • 招待講演
  • [学会発表] Reservoir Property Enhancement for Molecular Computing2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Mika, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      Workshop on optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthetic DNA reaction-diffusion system for pattern formation, materialization, and wrinkling2023

    • 著者名/発表者名
      Kawamata Ibuki
    • 学会等名
      Seminar of Laboratoire Jean Perrin
    • 招待講演
  • [学会発表] Neural coding of temperature with a DNA-based spiking chemical neuron2022

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 化学反応ネットワークを用いた Reservoir Computingの性能向上2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Mika, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 化学反応ネットワーク最適化ツールの拡張2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Ruka, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 学習機能を備えたDNA分子回路の設計と反応挙動の予測2022

    • 著者名/発表者名
      川又生吹, 村田智
    • 学会等名
      SSI 2022
  • [学会発表] Counting the number of input addition by DNA reaction system driven by DNA polymerase2022

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata, Motokazu Furuya, Satoshi Murata
    • 学会等名
      the 28th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA28)
    • 国際学会
  • [学会発表] スケーラブルな大規模DNAトラス構造体の設計と構築2022

    • 著者名/発表者名
      山下雄大, 川又生吹, 村田智
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 人工細胞間でのDNA配列情報の伝達に向けた分子トランスデューサの研究2022

    • 著者名/発表者名
      吉田海, 川又生吹, 濵田省吾, 松林秀明, 村田智, 野村 M. 慎一郎
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] Construction of bio-inspired artificial molecular systems and devices based on DNA nanotechnology2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Yusuke
    • 学会等名
      The 6th FRIS and TFC Collaboration Event “Workshop on Biosystems Design From nanotechnology to microfluidics in biotechnology”
    • 招待講演
  • [学会発表] Toward the construction of cell-like molecular systems based on DNA nanotechnology"2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Yusuke
    • 学会等名
      第60回生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] Workshop on optimization of molecular robot swarms for the emergence of collective behaviors2023

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi