肉眼看不见的分子大小的机器人成群结队地在一起工作——研究人员目前正在研究这种类似科幻电影的技术。北海道大学角五彰副教授等人组成的研究团队利用由蛋白质等制成的群体“分子机器人”执行了搬运物体的作业，证明结群工作的效率明显高于孤军奋战。在未来，成群的分子机器人可能会自由活跃于环境污染物质回收和体内药物递送等多种用途。
群体分子机器人（黄色部分）在中间的框内解散并“卸货”（红色和绿色部分为机器人单体，供图：北海道大学）
通过显微镜观察黑暗的世界。一个看起来像变形虫一样的黄色发光体正在蜿蜒蠕动。当它到了视野的中央后，突然分散成无数的红色和绿色碎片，向四面八方散开。这种类似于蜘蛛幼蛛离开母体四散而去的动作就像一个生物。
这就是角五副教授的研究团队开发的群体分子机器人。组成集群后可以运送微小的树脂珠，解散集群时实现“卸货”。机器人单体发出红色或绿色的光，组成集群后颜色混合，呈现为黄色的光团。角五副教授等人与北海道大学的博士研究员Mousumi Akter和佐田和己教授，以及九州大学、名古屋大学和关西大学共同进行了验证。
分子机器人的尺寸约为直径25纳米（纳米为十亿分之一米），长5微米（微米为百万分之一米）。研究团队制作了100万个分子机器人。虽然单体长度只有头发粗细的约二十分之一，但具备机器人所需的三个要素：信号接收器、处理器和致动器。
驱动分子机器人移动的驱动系统（致动器）采用在生物细胞内负责运送物质的“马达蛋白”，它可以将化学反应的能量转化为运动。
控制系统（处理器）采用了利用人工合成DNA处理信息的“DNA计算机”技术。
接收远程操作信号的传感器系统则使用照射可见光和紫外光时结构会发生变化的光敏色素。
这样制作的分子机器人在可见光下会集结成群运送货物（微珠）。移动到有紫外光照射的位置后则会解散集群，将货物留在解散位置。这就是在显微镜下看到的微观世界中反复进行的“卸货”机制。
机器人单体运送的粒珠大小约为3微米，但集结成群后，即使是约10倍的30微米的珠子也可以运送。如果是相同尺寸的珠子，成群工作时，以运输距离和运输量为指标的运输效率约为单体的5倍。这是全球首次证明了群体分子机器人的工作效率高于单体机器人。角五副教授表示：“我们很高兴能在具有机器人研究传统的日本取得这项成果”。
此次的分子机器人尽管由于设计原因，可以使用的环境有限，但成群结队工作的机器人除了在物质运输外还有广泛的用途。
角五副教授的研究团队正研究将其用于癌症和病原体检测技术方面。计划通过设计分子机器人等，实现与病原体等微量物质发生反应后集群的模式就发生变化的功能。预计到2040～2050年前后，自主移动集结成群的分子机器人将活跃于环境净化和医疗等多种场景。
机器也适用生存战略
| 分子机器人和群体机器人的研究动向与未来展望 | |
| 1959年 | 美国物理学家费曼预言“纳米机器”将获得发展 |
| 1980~90年代 | 有关分子机器的研究全面展开 |
| 2014年 | 哈佛大学成功控制了几厘米大的约1000个机器人 |
| 2016年 | 有助于实现分子机器的化学反应获得诺贝尔化学奖 |
| 2022年 | 北海道大学验证100万个分子机器人的群体合作 |
| 2040~50年前后 | 自主移动的群体机器人广泛活跃于环境净化和医疗等领域 |
据说分子级微型机器“纳米机器”最初是获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家理查德·费曼在1959年的演讲中提出的感念。2016年发现有助于实现分子机器的化学反应的研究人员等获得了诺贝尔化学奖。目前的分子机器正逐渐进化为集群工作的“群体机器人”。
群体合作是生物中常见的生存策略。昆虫、鱼、鸟以及人类也是通过组成群体来完成单独难以完成的作业和实现社会功能的。研究人员也在机器人中积极引入了群体概念。在2021年的东京奥运会开幕式上，小型无人机群表演引起的关注令人记忆犹新。
越是单体功能有限的小型机器人，组成集群的优点越大。2014年，美国哈佛大学的研究团队发布了控制约1000个数厘米大的小型机器人集群的技术。
虽然纳米和微米级群体机器人的优点尚未得到验证，但角五副教授的研究团队在分子机器人方面取得了突破，它具有“结合最小元素自下而上设计”的。开发竞争越来越激烈，而制造并控制大群机器人的技术可能是关键。
日文：越川智瑛、《日经产业新闻》，2022/6/24
中文：JST客观日本编辑部
