【研究分野】情報科学、情報工学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19961 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAコンピュータ / 分子ロボット / 群ロボット / 自己組織化 / 機械学習 / ＤＮＡコンピュータ

【研究成果の概要】

本研究は、電子回路による高速な情報処理と、化学反応による低速な情報処理を融合した新たな情報処理モデルを構築することを動機とし、分子デバイスから構成される分子ロボットによって群知能を実現することを最終的な目的として、分子ロボットの群れ（群分子ロボット）をセルオートマトン（ゲルオートマトンと呼ぶ）としてモデル化し、群れの中で経路や全域木などの各種のパターンを形成する分散アルゴリズムを構成した。さらに、化学的な勾配を模倣した信号伝搬と、電子回路におけるような高速の信号伝達によって拡張されたセルオートマトンのもとで、入出力の教師データから論理回路を合成する分散アルゴリズムを構成した。

【研究の社会的意義】

脳においては、アクソンが伸長することによりニューロン間のネットワークが形成されシナプスが変化することにより、長期的な情報処理である学習が行われる。パルスの伝達が一過性であるのに対して、アクソンの伸長やシナプスの変化においては、化学反応の影響が蓄積されネットワークの構造として定着する。このような学習の仕組みを倣って、将来的に人工的に同様の機能を分子で作られたデバイスによって実現するために、主としてセルオートマトンという数理モデルを用いて、ネットワーク形成の仕組みを構成した。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2021-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】16K12521 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子ロボット / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / マイクロ油中水滴 / マイクロ流体デバイス / 自己組織化 / ピッカリングエマルション / 油中水滴 / カプセル / マイクロ流路

【研究成果の概要】

本研究では，DNAナノ構造による分子機能制御とマイクロ流体工学による流体界面制御による細胞型分子ロボットの創製と制御を目指した研究を行った．DNAオリガミによる機能性の両親媒性DNA分子ナノデバイスをマイクロ油中水滴の界面に自己組織化させて細胞型分子ロボットを構築できた．期間全体を通じた研究により，分子センシングや自律的な運動などの機能を含めた，プログラマブルに，動的な機能をもつ細胞型分子ロボットを構築する基礎技術ができた．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】知能ロボティクス

【研究領域課題番号】26280097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子ロボット / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / マイクロマシン / 非平衡 / 自己組織化 / ゲル / エマルション / 動的自己組織化 / DNA

【研究成果の概要】

本研究では，マイクロメートルスケールの非平衡場を構築・制御し，分子を時空間的・動的に自己組織化させ，非平衡場のエネルギーを利用して自律的に駆動する，「動的な細胞サイズ分子ロボットの創製と制御」を行うことを目的とした．研究の結果，細胞サイズ分子ロボットのための非対称複雑形状ゲル粒子の構築技術と動的自己組織化法の開発，化学反応によるゲル粒子の自律運動の実現に成功した．さらに，細胞やDNAを用いた細胞サイズ分子ロボットへのバイオ機能の付与や，細胞サイズマイクロ粒子の集団的自発運動の実験と理論解析にも成功した．これらを通し，細胞サイズ分子ロボットに動的な運動・機能などを実現する基礎を築いた．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】マイクロ・ナノデバイス

【研究領域課題番号】24651159 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 / 分子ロボット / DNAコンピュータ / マイクロ・ナノデバイス

【研究成果の概要】

従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケールの反応から，マイクロ・ミリメートルスケールのシステムまで階層的に結びつく非常に複雑な動的な自己組織化現象を利用した，新しいシステム構築，新しいものづくりの方法を発展させることに貢献した．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)