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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular swarm robotics: Verifying working ability of molecular robots and their implementation in social contexts

Research Project

Project/Area Number 21H04434
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

角五 彰  京都大学, 理学研究科, 教授 (10374224)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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)
川又 生吹  東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords分子ロボット / 群ロボット / DNAコンピューター / リザバーコンピューティング
Outline of Annual Research Achievements

デバイスや機械などの更なる微細化は、エネルギー分野、情報科学、ライフサイエンス、医療分野に一層の変革をもたらすと期待されている。申請者らは、外部環境の変化に応答し協調的な集団行動をとる分子サイズのシステム(=分子群ロボット)を世界に先駆けて開発してきた。本研究では、このシステムから『どのような仕事がどの程度取り出せるのか?』という学術的問いに、以下の課題を通して答えていくことを目的とする。課題①分子群ロボットが実行可能な作業を検証する、課題②分子群ロボットから取り出しうる仕事量を実測する。さらに分子群ロボットの用途として、課題③-1微小発電素子、ならびに課題③-2微小検出素子を実現する要素技術の開発と実現可能性に関する検証を行う。2021年度は本年度は、分子群ロボットに物質の輸送という仕事を課す実験系の立ち上げることで課題①に関連した研究に着手した。また幅広い計測レンジを持つ磁気ピンセット法を基本原理とした計測システムの開発を進めることで課題②に関連した研究にも着手した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定していた実施計画書通りにおおむね進んているため。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、課題①分子群ロボットが実行可能な作業の検証、課題②分子群ロボットから取り出しうる仕事量の実測、さらに分子群ロボットの用途として、課題③-1微小発電素子、課題③-2微小検出素子の実現に向けた要素技術を開発していくことで、申請者らが開発してきた分子群ロボットから『どのような仕事がどの程度取り出せるのか?』という問いに答えていく。さらに分子群ロボットを社会実装していくための研究基盤を構築することを目指す。本年度は課題①に関連した分子群ロボットが実行可能な作業の検証並びに課題②に関連した分子群ロボットから取り出しうる仕事量の実測を行う予定である。

  • Research Products

    (24 results)

All 2021

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 12 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Controlling the length of self-assembled microtubes through mechanical stress-induced scission2021

    • Author(s)
      Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, *Akira Kakugo
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Pages: 468-471

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Monopolar flocking of microtubules in collective motion2021

    • Author(s)
      Farhana Afroze, Daisuke Inoue, Tamanna Farhana, Tetsuya Hiraiwa, Ryo Akiyama, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, *Akira Kakugo
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 563 Pages: 73-78

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.05.037

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Deformation of microtubules regulates translocation dynamics of kinesin2021

    • Author(s)
      Syeda Rubaiya Nasrin, Christian Ganser, Seiji Nishikawa, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Takefumi Yamashita, Mitsunori Ikeguchi, Takayuki Uchihashi, Henry Hess, *Akira Kakugo
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 7(42) Pages: eabf2211

    • DOI

      10.1126/sciadv.abf2211

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Controlling collective motion of kinesin-driven microtubules via patterning of topographic landscapes2021

    • Author(s)
      Shunya Araki, Kazusa Beppu, Arif Md. Rashedul Kabir, *Akira Kakugo, *Yusuke Maeda
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 21 Pages: 10478-10485

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c03952

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unexpected Dissociation of Photoresponsive UV-ON DNA Carrying p-tert-Butyl Azobenzene under UV Light Irradiation2021

    • Author(s)
      Satsuki Ishii, Keiji Murayama, Kazuki Sada, *Hiroyuki ASANUMA, *Akira Kakugo
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 51 (3) Pages: 292-295

    • DOI

      10.1246/cl.210788

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new approach to explore mechano-responsiveness of microtubules and its application in studying dynamic soft interfaces2021

    • Author(s)
      Arif Md. Rashedul, Kabir, Akria Kakugo
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 53 Pages: 299-308

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 化学エネルギーで動く世界最小の群れるロボット2021

    • Author(s)
      石井さつき、角五彰
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 72 Pages: 1-9

  • [Journal Article] 群れで働く分子機械2021

    • Author(s)
      角五彰
    • Journal Title

      現代化学

      Volume: 600 Pages: 60-64

  • [Journal Article] 大学の枠を越えたオンライン生体分子デザインコンペティションの取り組み2021

    • Author(s)
      村田 智、葛谷明紀、藤原 慶、平 順一、川又生吹、・佐藤佑介、瀧ノ上正浩、野村 M.慎一郎、角五彰、堀 豊、安部桂太
    • Journal Title

      工学教育

      Volume: 69 Pages: 31-39

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular Swarm Robot Realized by the Intelligence of a Biomolecular Motor System and DNA2021

    • Author(s)
      Jakia Jannnat Keya, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 61 (5) Pages: 330-331

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Biomolecular motor based swarm robot2021

    • Author(s)
      Akira Kakugo
    • Organizer
      ICRA2021 workshop on micro-nano swarm robotics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Task execution by a molecular swarm robot2021

    • Author(s)
      Akira Kakugo
    • Organizer
      4th International Workshop on Symbiosis of Biology and Nanotechnology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Swarming of molecular robot through DNA based information transfer2021

    • Author(s)
      Akira Kakugo
    • Organizer
      The 2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Functions emerged through swarming of bio-molecular engines2021

    • Author(s)
      Akira Kakugo
    • Organizer
      The 2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 動く物質『アクティブマター』の活用法2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      電子情報技術部会 マイクロナノシステムと材料・加工分科会
    • Invited
  • [Presentation] Molecular Swarm Robot in Real Life2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      関東非線形非平衡バイオソフトマターセミナー
    • Invited
  • [Presentation] Emergent functions in a swarm of biomolecular motors2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      Emergent Nonequilibrium Phenomena in Soft Materials
    • Invited
  • [Presentation] ロボットの3要素を備えた分子サイズのシステムが秘める可能性2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      日本顎口腔機能学会 第65回学術大会
    • Invited
  • [Presentation] Synchronous operation of bio-molecular engines2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      第20回日本蛋白質科学会年会
    • Invited
  • [Presentation] アクティブマターの集団から生まれる秩序と機能2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      理研科学者会議セミナー
    • Invited
  • [Presentation] アクティブマターにおける秩序形成と機能創発2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      21-1高分子学会講演会
    • Invited
  • [Presentation] 分子群ロボット~群れる分子システムによるタスクの遂行~2021

    • Author(s)
      角五 彰
    • Organizer
      第8回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
    • Invited
  • [Book] Handbook of Unconventional Computing2021

    • Author(s)
      Arif Md. Rashedul Kabir, Akira Kakugo
    • Total Pages
      584
    • Publisher
      World Scientific Publishing Company
  • [Book] Encyclopedia of Robotics2021

    • Author(s)
      Arif Md. Rashedul Kabir, Yoshiyuki Kageyama, Akira Kakugo
    • Total Pages
      4000
    • Publisher
      Springer, Nature

URL: 

Published: 2023-12-25  

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