东京工业大学 信息科学

说到机器人，咱们的第一印象是啥？是否可以像无线电控制器一样远距离操作？还是您最近在商店中经常看到的类似人形人工智能（AI）的机器人？这些是相对较大的机器，但人们也正在研究制造较小的“分子机器人”，这些机器人可以在体内发挥积极作用，并治疗困难的疾病。

北海道大学大学院理学研究科副研究员明晃明（Akira Kakugo）创造了一种“分子机器人”，该分子机器人装配了“化学零件”，也就是分子，代替了过去的机械机器人。他正在继续他的研究，目的是在体内执行任务。研究结果令人振奋，人类成功地制造出了世界上最小的分子机器人。

机器人零件

移动机器人需要三个要素。为机器人提供能源的驱动系统，发出命令的智控系统，以及感知命令的传感器。

由角乡先生和其他人创造的移动小分子机器人的“驱动系统”部分是“ Kineshin”和“ Micro”，Kineshin具有在人体中携带物质的作用，Kineshin具有在体内携带物质的作用。它是通过关注称为“试管”的蛋白质的组合而制成的。

驱动蛋白具有“运动”的特性，也被称为“运动蛋白”。能源是运动蛋白引起这项研究关注的原因。运动蛋白使用ATP作为能源。由于ATP也是生物体的能源，因此它在人体中含量很高。由于能量源是生物体内的物质，因此在考虑执行诸如治疗生物体内疾病的任务时，无需担心能量供应。这是一个很大的优势。

Kakugo看到第一部“将ATP用作能源的分子机器人”的视频四处走动时十分激动。他能够取得这样的成就，是阅读了大量生物技术相关的论文和参考书，并且经历了无数次试验和错误，他说：“我只是在学生时代就开始进行这项研究”。

在“智控系统”中使用了DNA，将“如何移动”命令传达给运动蛋白。据说，方法是由关西大学现任化学与生物技术学院的Akinori Kuzuya教授在一次演讲中给出的，他正在进行有关合成DNA本身和控制DNA行为的研究。

DNA是负责生物体内遗传信息的存储和传输的物质。一组由大量分子组成的两条链，称为四种类型的碱基：胸腺嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和。这两个中的每一个都吸引一个“螺旋”，并且一条链中的胸腺嘌呤以“双螺旋结构”存在，其中另一条链中的鸟嘌呤和胞嘧啶类似地结合到次明胶上。由于要为每个碱基确定要结合的另一方的碱基，因此当解开一组两个的结构并一一分离时，单链DNA是与其自身成对关系的分子（碱基）。

通过熟练地运用这种能力，Kakugo等人已经能够使用DNA向运动蛋白发送命令来控制其运动。

提供DNA控制运动

当它开始工作时，出现了以下问题。问题是，“我应该用这种运动蛋白编写什么样的程序？”?Kakugo先生对此深入研究。

“由一个只有几微米的运动蛋白制成的分子机器人可以被制造出来吗？它们的体积太小了，可以发挥作用吗？”

考虑到头发的厚度大约为50-100微米，而红细胞的直径为7.5微米，由单个运动蛋白制成的分子机器人肯定显得非常渺小。那时，我通过大自然得到启发：蚂蚁可以携带比自己更大的东西。

“在那种情况下，可以通过把微小分子机器人聚集起来做大事情。”?考虑到这一点，角乡先生立即决定控制他的运动，向他发出DNA来“创造并驱散羊群”。挑战成功了：随后的研究使分子机器人能够响应更复杂的命令。例如，您可以创建一个分子群并旋转一圈，或者同时创建另一个分子群来探索该区域。另外，它们可以像蚂蚁一样携带大分子物质。

最后的挑战是控制该命令的“传感器”。再次见到别人给了我一个提示。

这是与名古屋大学现任生物分子工程系的浅沼博之教授在一个研究小组中相遇的。Asanuma教授正在进行利用光控制分子运动的研究，例如利用结构随光而变化的分子控制DNA中双螺旋的形成和释放。Kakugo先生说，这项研究只是一个提示。

为了打开和关闭“控制系统”，他想到了将一个分子暴露在DNA中时其结构会发生变化的分子。通过照射光，结合的分子的形状改变。他试图利用分子形状的这种变化而解开并重新连接双链DNA的事实来切换命令。然后，我们成功地创建了一个分子机器人，该机器人在暴露于人眼可见的可见光时会聚集，而在暴露于人眼不可见的紫外线时会分散。

DNA折叠进化了分子机器人

分子机器人已经可以通过组团来做大事情，但是它们的弱点是它们太小。“既然效果很好，我们是否可以使用相同的材料在结构上和驱动上做些更多的事情？”?为此，角乡先生一直在与关西大学化学与生物技术学院的秋谷信纪教授以及东京工业大学信息科学与技术学院信息工程学系的小濑昭彦教授进行研究。

在这项研究中，Kakugo和他的同事们专注于一种称为“ DNA折叠”的结构。当您想到折叠时，您可以考虑折叠一张纸以制造飞机，或将折纸结起来制成刀剑。DNA折叠很相似，通过折叠长的单链DNA并结合短的DNA来固定结构以创建更大的结构。

在实验中，将具有与DNA折叠结构配对的DNA的分子添加到微管中，作为DNA折叠结构和运动蛋白运动的立足点。然后，微管沿径向聚集，形成看起来像星形的结构。当将一种将四种运动蛋白（驱动蛋白）结合在一起的分子添加到其中时，星状结构聚集，先前为微米级的网络结构立即变为毫米级的网络结构。我长大了。

另外，添加了作为能量来源的ATP。然后，该结构迅速缩小到其原始大小的1/40。由于这种收缩运动类似于称为平滑肌的肌肉，它与人体内部器官的肌肉相同，因此该驱动系统可以称为“人工分子肌肉”。

实际上，即使没有DNA折叠结构，也观察到了“人工分子肌肉”的这种收缩。但是，据说具有DNA折纸结构的人收缩快18倍。DNA折纸的存在不仅对于分子机器的驱动系统的收缩率是必不可少的，而且对于制造各种结构和实现更复杂的运动也是必不可少的。因此，它将极大地参与分子机器的未来发展。

由于今次副教授的研究人员使用的分子机器人和人工分子肌肉是利用生物体内的物质制成的，因此有望用作需要很好地适应生物的医学分子机器人。将会完成。在不久的将来，小型机器人将拯救我们的生命的日子将会到来。

Kakugo先生在有关分子机器人的演讲中说，给我留下了深刻的印象。

“一个分子机器人可以做的事情是有局限性的，但是通过聚集分子机器人可以实现一个人不能做的事情。将来，将提供具有各种功能和结构的分子机器人。如果发展起来并成为一个团体，它可能会发挥无限的力量，对我自己也是如此，一个人的能力是有限的，这些研究只能在许多研究人员的帮助下进行。而已。 ”

“即使只是一点点，我也想解决人类所面临的问题。如果我们共同努力，可能性是无限的。”

许多研究人员正在合作研究具有无限潜力的小型机器人。我非常期待未来它将如何发展并融入我们的生活。

在QS2018世界大学排名中，日本有三所大学进入前50排名，分别是位列第28位的东京大学和位列第36位的京都大学。下面就和来看看日本最顶尖的三所大学介绍吧。

1、东京大学——QS2018世界排名第28

东京大学创办于1877年，在QS2016-2017年度世界大学排名中位列第34位，下设10个学部，5个校区，众多学科受到好评。东京大学以下学科在QS2017年世界大学学科排名中位列世界前十：现代语言，机械、航空及制造工程，解剖生理学，药学与药理学，物理学与天文学以及社会政策与行政。

东京大学由以下学院组成：法学院、医学院、工学院、文学院、农学院、经济学院、艺术与科学学院、教育学院和药学学院。

东京大学研究生院如下：人文与社会学研究生院、教育学研究生院、法律与政治研究生院、经济学研究生院、艺术与科学研究生院、科学研究生院、工程研究生院、农业与生命科学研究生院、医学研究生院、药学研究生院、数学科学研究生院、林学研究生院、信息科学与技术研究生院、跨学科信息研究研究生院和公共政策研究生院。

京都大学创办于1897年，是日本第二古老的大学，在QS亚洲大学排名中位列第15位。迄今为止，京都大学已培养出了至少九位诺贝尔奖得主，包括物理学家小林诚(2008年诺贝尔物理学奖获得者，获奖原因：发现亚原子物理学的自发对称性破缺机制)。大约有2万2千名学生注册京都大学的本科生课程和研究生课程。这些学生分布在三个校区：吉田校区、宇治校区和桂离宫校区。宇治校区是自然科学相关的研究中心和实验室所在地，桂离宫校区被认为是“科技之山”。吉田校区则是最大的校区，分为七个不同的小校区。

京都大学的本科生课程由以下学部提供：综合人知学部、文学部、教育学部、法学部、经济学部、理学部、医学部、药学部、工学部和农学部。

东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)，简称东工业大((Tokyo Tech)，位于京都目黑区东校本区，是一所主要以工程技术类和日本顶尖的自然科学研究类并行的大学，东京工业大学是世界一流的科技大学。东京工业大学是超级国际计划(全球顶级大学项目)一流的学校之一，是工会和日本八大学部之一，RU11学术交流服务和研究的大学和东亚洲的其他学术组织协会重要成员。东京大学有三个学术部门和六个研究所，150多所公共的教育研究的设施，其中包括资源化学研究所、精密工程研究所，教育科研设施等等。大学内大约有5000名本科生，5000硕士和博士研究生，总结大概为10000名学生，约1200的国际学生来自所有世界各地。大约1, 200名教师和600名工作人员都获得了良好的学术声誉和研究成果。