2016 Fiscal Year Annual Research Report
分子ロボットの行動プログラミングのための制御系構築
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15H01715
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村田 智 東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中茎 隆 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (30435664)
川又 生吹 東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | DNAコンピュータ / 分子ロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）プログラムした時系列に従って，決められた塩基配列をもつDNA鎖を順次出力するシステム(PSG)によるDNAピンセットの開閉制御について，これまでに行った実験データを詳細に解析した．その結果，相補鎖を交互に出力することからさまざまなリーク反応が生じることが分かった．そこで相補鎖の出力を必要としない実験系として，新たに微小管のグライディングアッセイにおける微小管束の集合-離散の制御系を設計し，顕微観測システムを構築するとともに，微小管運動を再現できることを確認した．
（２）初年度から継続して，DNA化学反応を偏微分方程式としてモデル化し，反応拡散系としてシミュレートする手法の開発に取り組んだ．モデルの持つ計算能力や実験結果などを国際会議で発表した．また平成28年度はDNA化学反応系を自動的にモデル化し，速度論的な解析を行うシミュレータの実装を行い，ユーザーインターフェースを持つプロトタイプの開発に成功した．シミュレータでは，手動で行っていた様々な二次構造を持つDNA分子種の列挙をグラフ理論に基づき自動化し，さらに既存の論文に基づいた速度定数の推定を行うことで，列挙した分子種それぞれの濃度を変数とした常微分方程式が自動的に組み上がるようになっている．
（３）すでに論文報告した遡及性理論をベースとする濃度レギュレータ(CR)の設計法により，数値シミュレーションにおいて，CRの動作確認は完了した．CRはDNAコンパレータを有するオン・オフ制御系を模した系であるが，実験での検証に向けて，制御系の低次元化を行った．その結果，制御構造を大幅に簡単化することに成功した．CADを用いてDNA鎖の塩基配列設計を行い，年度後半に検証実験を行った．現在，塩基配列の再設計を行いながら検証実験を継続している．また，CRに関しては，安定性と制御性能解析の問題が残されており，その設計理論に取り組んだ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験系による実証について，リーク反応等の課題が明確になってきた．シミュレーション手法および制御理論的アプローチについては，いずれも大きな進展があり，論文としてのとりまとめも進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き実験系による検証を進めるとともに，反応シミュレータおよび反応系設計理論についての得られた成果を論文として公表し，この分野の研究者・技術者に提供できる形にまとめたい．
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] 周期状態遷移を行う非同期セルオートマトン2016
Author(s)
礒川 悌次郎 (兵庫県立大学), ペパー フェルディナンド (情報通信研究機構), 川又 生吹 (東北大学), 松井 信之 (兵庫県立大学 ), 村田 智 (東北大学), 萩谷 昌己 (東京大学)
Organizer
計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 (SSI2016）
Place of Presentation
ウカルちゃんアリーナ（大津市)
Year and Date
2016-12-06 – 2016-12-08
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