Amip Benzeri DNA’ya Sahip Moleküler Robot

Canlıların sahip olduğu mekanizmalar ilham vericidir, öte yandan robotikte bir diğeriyle tamamen aynı olan robotları üretmeye çalışmak da oldukça zor bir şeydir. Bu amaçla, Japonya’daki araştırmacılar, canlı bir hücre gibi hareket eden küçük bir robot sistemi tasarladılar. Bu yazımızda, bilim insanlarının geçtiğimiz haftalarda Science Robotics dergisine anlattığı robotu yazımızda inceleyeceğiz.

A- A+

20.03.2017 tarihli yazı 9461 kez okunmuştur.

Amip Benzeri Moleküler Robot Mikrometre Düzeyinden Daha Küçük Bir Yapıya Sahip

Amipler takımından, tatlı ve tuzlu sularda yaşayan, bölünme yoluyla çoğalan, tek hücreli canlılardır. Amip benzeri moleküler bir robot olarak adlandırılan sistem, bir amip hücresinin boyut ve tutarlılığı göz önünde bulundurularak üretilmiştir. Japonya’nın Sendai kentindeki Tohoku Üniversitesi’nde biyomühendis ve aynı zamanda robotun mucitlerinden biri olan Shin-ichiro Nomura, sistemin sadece biyolojik ve kimyasal bileşenler içeren 27 civarında sıvı dolu bir kese olduğunu söylemiştir. Moleküler bileşenler, kesenin şeklini değiştirmek veya uzatmak için akıcı bir ortamda hücre benzeri hareketleri yönlendiren bir organizasyon içinde çalışırlar ve bu hareketler ışığa tepki gösteren DNA sinyalleri ile oluşturulur.

► İlginizi Çekebilir: Manyetik Alanda Hareket Edebilen Mikrobotlar

Amip benzeri robot şu an için etrafında hareket etmek dışında çok fazla bir şey yapamamaktadır. Nomura; buluşun güzelliğinin de bu olduğunu söylüyor. Robotun küçük olması küçük bilgisayarlar, sensörler hatta ilaçlar gibi araçlara entegre olmasını sağlayabilir. Bu araçlar ile donatılmış olan başka bir sistem, daha sonra biyomoleküler çevreyi keşfetmek için kullanılabilir. Toksinleri arayabilir ya da diğer hücrelerin yüzeyini ya da bir petri kabının içeriğini kontrol edebilir. Ayrıca Nomura ve meslektaşlarının aracın bir kit olarak paketlenip yollanmasının bir yolunu bulmuş olmaları, diğer bilim insanlarının da robot üzerinde çalışıp geliştirmeler yapmalarını sağlayacaktır. Namura; platformun, kontrol edilebilir hareket sistemi ile ileride giderek daha karmaşık moleküler robotlar inşa etmek için kullanılabileceğini ummaktadır.

Robot içerisindeki motor proteinler mikrotübülleri kapar ve onları içine çekerek hareket oluşturur.

Çalışmanın ana amacı bir hücrenin içerisine girebilecek kadar küçük ve robot işlevi gören bir sistem oluşturmaktır. Bir hücreye ve çekirdeğine dalabilen bir robot, hücresel sorunları keşfedip tanılar koyabilen bir hücresel makine işlevi görebilir. Nomura, “Bu biraz rüya gibi” diyor fakat robotun bir hücrenin içerisine sığacak kadar küçük, hatta bir mikrometreden daha da küçültülmüş olabileceğini belirtiyor.

► İlginizi Çekebilir: Beyin Kontrollü Robot

Araştırmacılar, vücutta hareket edebilen ve iletişim kurabilen pek çok mikro ölçekli robot geliştirdiler. Bu küçük robotların çoğu biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler ile üretilmiştir ve manyetik, kimyasal veya ultrasonik kuvvetler tarafından yönlendirilmektedir.

Nomura daha önce de çeşitli moleküler robotlar geliştirmiştir fakat üzerinde çalıştığı son moleküler robot, tamamen biyolojik ve kimyasal bileşenlerden oluşması açısından diğerlerinden ayrılmaktadır. Bir hücre gibi hareket etmekte ve DNA tarafından kontrol edilebilmektedir.

Moleküler Robotun Çalışma Mekanizması

(A) (Moleküler robotunun şematik diyagramı) Moleküler aktüatörler robotun içinde çalışır ve yapay hücre zarının şeklini değiştirir. Bir DNA sinyali girildiğinde, aktüatörden gücü ileten "moleküler kavrama", şekil değiştirme davranışını kontrol eder. (B) (Moleküler robotların mikroskopik görüntüleri) Girilen DNA sinyali "Stop" olduğunda, hareket "KAPALI" konumuna getirildi ve sonuç olarak şekli değiştiren davranış sona erdi (sol taraf). DNA sinyal girişi "Start" olduğunda şekil değiştirme davranışının başlatılması da doğrulandı (sağ taraf). Beyaz ok, membranı dönüştüren moleküler aktuatör parçasını belirtir. Kaynak: Tohoku University

Nomura, moleküler robot yaratmak için bir yıl boyunca, 27 farklı kimyasal bileşenden yararlandığını belirtmiştir. Örneğin, Lipid membran, yumuşak bir robot gövdesi işlevi görmekte ve içerideki özel proteinler zarın içine çarpıp şekil değiştirmektedir.

Dış zarın gerilip şekil değiştirmesi, kinesinler ve mikrotübüller adı verilen kilit proteinlerin bağlama birimleri vasıtasıyla membrana bağlanmasıyla gerçekleşir. Bu bağlantı ışığa duyarlı DNA tarafından sağlanır. UV ışığı robot üzerinde parladığında, ışığa duyarlı DNA içeride tek bir ip halinde bölünür. Ardından, çapa ünitelerine ve kinesin-mikrotübül yapısına geçebilir ve aralarında bir köprü oluşturulabilir.

Sert, uzun yapılar olan mikrotübüller, adenosin trifosfatın (ATP- Hücre içi enerji taşınım molekülü) yardımıyla kinesin proteinlerine kayar. İşlem sırasında vücudun dış zarı yumruklanır ve şekil değiştirir.

Bu moleküllerin birleşimi ile Nomura ve meslektaşları bir hücrenin hareketini taklit etmeyi başarmıştır. Bu başarı da zihinlerde çeşitli sorular bırakmıştır. Bu sorulardan biri şudur: “Yalnızca biyolojik bileşenler bir araya gelerek ve kimyasal olarak ATP tarafından desteklenen bir mekanizmaya robot diyebilir miyiz?” Nomura da bu soruya şu şekilde yanıt vermiştir: “Robotun tanımı geniş, bir şeyin bir vücudu varsa ve bir işlevi yerine getirmek için bilgi alıp algılayabiliyorsa, bu bir robot demektir.”

Robot ya da hücre, gerçek şu ki bu çalışmalar, gelecek açısından umut verici.

Kaynak:

► IEEE Spectrum
► Rdmag