Построен наномозг для наноботов

Анирбан Бандиопадхайя (Anirban Bandyopadhyay) и Сомобрата Ахария (Somobrata Acharya) из Международного центра для молодых учёных в Цукубе (ICYS), Япония создали сложную молекулярную структуру, которая послужила командным устройством для нескольких нанороботов.

В своём опыте исследователи на практике показали, что особая система, собранная из 17 молекул DRQ (2,3,5,6-tetramethyl-1–4-benzoquinone), может работать как процессор, выполняющий за один такт 16 инструкций.

Одна такая молекула похожа по форме на кольцо с четырьмя спицами, которые могут по отдельности занимать несколько различных положений (что можно интерпретировать как двоичные нули и единицы). 16 молекул DRQ также составляют кольцо, с 17-й «сестрой» в центре, и вместе формируют молекулярную машину, способную кодировать в положении своих частей свыше 4 миллиардов комбинаций.

Важно, что переключением состояний всех 16 молекул во внешнем кольце заведует всего одна, та самая центральная молекула (между собой все 17 DRQ объединены водородными связями). Ну а состояние этой молекулы физики могут произвольно менять при помощи сканирующего туннельного микроскопа.

Авторы изобретения сравнивают принцип его действия с системой коммуникации клеток в мозге человека, а также с процессором.

Anirban Bandyopadhyay

«Мы "инструктируем» всего одну молекулу, — говорит Бандиопадхайя, — и тем самым одновременно совершаем логическое переключение 16 молекул".

Но зачем это нужно? Учёные и медики связывают большие надежды с исцелением больных при помощи гипотетических (пока) наноботов, способных доставлять лекарства к строго заданной цели или выполнять некие «осмысленные» действия в потоке крови (кстати, почитайте вот об этом интересном опыте). Но здесь один из ключевых вопросов — контроль над столь крошечными молекулярными машинами. Говоря проще — наноботам нужны «наномозги».

Молекулярная структура диаметром всего два нанометра, построенная Бандиопадхайя и Ахария, — это первый в мире образец такого «наномозга». Пусть ещё не очень сложный, но он работает.

Исследователи поставили такой эксперимент: на внешней стороне своего «мозга» они закрепили восемь наномашин. Это были несколько разных молекулярных комплексов, в том числе, к примеру, самый маленький в мире лифт — молекулярная платформа, которая по команде могла подниматься и опускаться на высоту менее одного нанометра (диаметр платформы составлял 2,5 нанометра).

Под «оком» туннельного микроскопа все восемь наноботов выполняли инструкции, подаваемые учёными через единственную центральную молекулу DRQ, то есть — совершали какие-то заранее предопределённые движения.

Somobrata Acharya

Этот комплекс молекул Бандиопадхайя и Ахария назвали «химический швейцарский армейский нож».

И хотя необходимость использования для подачи команд туннельного микроскопа сводит на нет всю феноменальную миниатюрность системы — этот опыт показывает путь, пройдя по которому до конца, учёным, вероятно, удастся-таки построить молекулярных роботов, способных на сложные запрограммированные действия внутри организма и более того — внутри отдельных клеток.

А ещё, как считают авторы работы, их «химический мозг» может стать основой для сверхпроизводительных процессоров, предназначенных уже не для молекулярных машин, а для компьютеров. Создатели «молекулярного процессора» построили его версию покрупнее, способную выполнять за одно переключение 256 операций, и разработали модификацию на 1024 операции.

О своих экспериментах Анирбан и Сомобрата написали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United State of America.

http://www.membrana.ru/lenta/?8056

A 16-bit parallel processing in a molecular assembly

http://www.pnas.org/…/105/10/3668

Да, как говорится, голь на выдумки хитра (в хорошем смысле). Важность этого открытия велика потому, что эти ребята показали путь, по которому могут пойти другие исследователи и продемонстрировали реальность и возможность управления этим «наномозгом». Как говорит китайская поговорка, «прошёл один человек – оставил свои следы; прошло несколько людей – осталась стёжка; прошло много людей – и вот уже перед нами большая торная дорога». Превратится ли эта «тропинка» в большую дорогу, шоссе покажет будущеее. Но путь уже указан…