Nanorobots
Tradicionalment els robots depenen de la informàtica per emmagatzemar informació interna sobre el seu entorn, els seus objectius o tasques i també per coordinar la detecció i la actuació corresponent dels seus components en resposta a la detecció.
Portar la robòtica al nivell d'una sola molècula en principi és possible però requereix enfrontar-se a les limitades habilitats de les molècules individuals per emmagatzemar informació complexa i programes.
Una estratègia per superar aquest problema és utilitzar sistemes que puguin obtenir un comportament complex a partir de la interacció de robots molt simples amb el seu entorn. Un primer pas en aquesta direcció va ser el desenvolupament de nanorobots d'ADN, aquests nanorobots presenten un comportament robòtic elemental quan interactuen amb un entorn concret, com és el cas dels nanorobots moleculars d'ADN estudiats en aquest treball.
Tot i que tan el projecte de Lund com el de Gu integren DNA walkers amb un entorn d'ADN origami, difereixen en un aspecte important. El nanorobot de Lund és completament autònom (no es requereix de ninguna intervenció externa per executar el programa del nanosistema). Per contra, El DNA walker de Gu requereix intervencions externes, en especial l'addició de cadenes d'ADN per dirigir els moviments del nanorobot i per controlar l'estat de les nanomàquines. La falta d'autonomia del projecte de Gu es compensa gràcies a una major complexitat en el seu comportament: mentre que el DNA walker de Lund està limitat a caminar a través d'una pista, el de Gu pot recollir càrregues mentre camina i a més la seva cadena d'enssamlatge pot adoptar 8 estats diferents.
Síntesis de nous compostos (Assembly line)
La habilitat per sintetitzar a escala nanomètrica espècies químiques, com nanopartícules amb la forma i composició desitjada, ofereix la possibilitat de sintetitzar nous materials i aparells funcionals gràcies a la seva combinació controlada en estructures més grans. El self-assembly pot realitzar aquesta tasca eficientment però el problema és que està subjecte a limitacions cinètiques i termodinàmiques: els reactius, intermediaris i productes poden xocar entre ells durant el transcurs de l'enssamblatge i produir espècies no desitjades.
Una alternativa a l'enssamblatge a escala nanomètrica és utilitzar informació continguda en molècules com l'ADN per controlar les interaccions entre les nanopartícules i així aconseguir minimitzar la síntesis de espècies no desitjades. En principi, aquest mètode hauria de permetre la construcció programada pas a pas del producte desitjat a base d'unir els components nanomètrics seleccionats de manera individual tal com un automòbil és construït en una cadena de muntatge.
En aquest treball s'ha demostrat que es pot realitzar una cadena d'ensamblatge gràcies a la combinació de tres moduls constituïts bàsicament d'ADN: un entramat d'ADN origami que proporciona una estructura i un camí per el procés d'enssamblatge, tres nanomàquines de dos estats disposades en sèrie a l'ADN origami, que es controlen independentment i que serveixen com a dispositius programables donadors de càrregues, i un nanorobot d'ADN que pot moure's per sobre del camí de nanomàquina en nanomàquina i recollir càrregues. Mentre el nanorobot travessa el camí establert en l'ADN origami aquest es va trobant de manera seqüencial amb les tres nanomàquines, les quals poden estar en qualsevol dels seus dos estats (l'estat "activat" permet transferir la càrrega i l'estat "desactivat" no ho permet).
En l'experiment estudiat en aquest treball s'han utilitzat tres tipus diferents de nanopartícules d'or com a càrregues i s'ha demostrat que aquest sistema experimental permet la fabricació controlada dels vuit diferents productes que poden ser obtinguts amb tres nanomàquines de dos estats.
Les investigacions actuals de nanorobots d'ADN van encaminades a millorar tan la distància recorreguda com els errors que cometen els nanorobots al caminar per sobre dels substrats com ara quan es surten del camí o van marxa enrere. Per millorar aquests aspectes la clau estar en trobar el millor sistema de locomoció i per tant la reacció química més eficient i pràctica.
Futurs desenvolupaments
Els futurs desenvolupaments en el camp dels DNA walkers cercaran augmentar de manera gradual els nivell de complexitat del comportament programat en sistemes moleculars, mantenint el grau d'autonomia que han demostrat fins ara.
Tot i que encara estem mol lluny de les possibilitats de la nanotecnologia imaginades per la ciència ficció, resulta fascinant veure tal creativitat i ràpid progrés en el desenvolupament de sistemes moleculars autònoms que són capaços de realitzar accions complexes.