自20世纪80年代以来，分子机器的设计和合成一直被认为是分子工程的主要挑战。DNA是构建分子机器人的绝佳材料，因为它们的几何、热力学和动力学特性已经被很好地理解，并且可以被编程。科学家越来越多地使用DNA在非常小的规模上构建新的结构，希望构建的结构可以用于在体内递送药物或基因编辑工具。但到目前为止，DNA机器人的发展仅限于简单的功能。现在，研究人员创造了一种新型机器人，利用DNA在最小的范围内移动和提升货物。相关文章发表在9月15日的《科学》杂志上。
通讯员是加州理工学院的助理教授钱露露。钱露露曾是上海交大何林院士的学生，以国内博士背景在美国获得教职。她在发布会上解释道：“就像机电机器人被送到远至火星的地方一样，我们也要把分子机器人送到人类去不了的微小地方，比如血液循环系统。我们的目标是建造一个分子机器人，可以执行——货物分拣的复杂纳米机械任务。”
能够分拣货物的DNA机器人是什么样的
研究人员的目标是创造一个可以在指定空间拾取和分类分子的机器人。为此，他们用单链DNA创造了一个三部分结构。为了帮助它在指定的空间内移动，机器人有一条“腿”和一双“脚”；拥有像“手”一样的“手臂”可以让它搬运货物；添加的第三个组件可以让DNA机器人在到达特定点时知道释放货物。机器人对分子物品的DNA识别和卸载是通过简单的算法实现的。机器人可以在没有任何能源供应的情况下随意行走。
DNA机器人功用测试
为了测试他们的机器人，研究人员创建了一个板上有单链DNA的条带，机器人可以用一只脚绑住其中一个；与此同时，另一只脚将自由摆动，直到它在板上找到另一只脚。以这种方式移动，机器人走六纳米的一步需要五分钟。
在一个长58纳米、宽58纳米的平板上，当机器人接触到货物——的荧光黄色和粉红色染料分子时，就可以根据颜色将其捡起并送到指定位置。机器人被设计成继续这个过程，直到所有的货物都被分类。24小时后，微型机器人成功分拣出三个粉色和三个黄色分子。研究人员经过多次重复创造出来的机器人，有80%的几率准确运送货物。
微型机器人，大应用
据研究人员称，他们的机器人可以以许多不同的方式工作。例如，几个机器人可以在同一区域工作，而不会干扰其他任务；或者它们可以被设计成互动的。然而，为了让机器人更有用，它们需要工作得更快。研究人员认为，给机器人增加一个“尾巴”或马达可能会加快它的速度。
此外，通过机器人之间的简单通信，它们可以完成更复杂的任务。通过开发模块化和集体化的分子机器人，用系统的方法，分子机器人可以像宏观机器人一样容易地编程，但可以在微观环境中工作。
在本期《科学》杂志上为这篇文章撰写综述的约翰h赖夫(John H. Reif)指出，这篇文章的主要进步在研究者的方法论上。他认为，类似的系统应该能够并行执行更复杂的任务，例如化学合成。
虽然钱露露在新闻稿中指出，她的实验室工作侧重于理解工程原理，并开发了通用的DNA机器人。她希望其他研究人员能够找到这个应用程序。例如，DNA机器人被用于在人工分子工厂中组装化学药物，或者当检测到特定的疾病信号时，药物分子被运送到血液或细胞中的指定位置。你甚至可以对垃圾的分子成分进行分类回收。
参考资料
1)货物分拣DNA机器人
2)DNA机器人边走边分类
3)由DNA制成的纳米机器人现在可以携带和分类分子货物
4)为分子机器人编写脱氧核糖核酸程序：钱露露访谈