本領域の公募説明
新 学 術 領 域 研 究（ 研 究 領 域 提 案 型 ）の 研 究 概 要
13 感覚と知能を備えた分子ロボットの創成
- 領域略称名：
- 分子ロボティクス
- 領 域 番 号：
- ２４０３
- 設 定 期 間：
- 平成24年度～平成28年度
- 領域代表者：
- 萩谷 昌己
- 所 属 機 関：
- 東京大学情報理工学系研究科
「分子ロボット」はセンサ、プロセッサ、アクチュエータ、構造といったロボットの構成要素がすべて分子レベルのデバイスで実現されたシステムである。本領域では、いかにして個別の分子材料や分子デバイスを「システムとして組み上げるか」に重点を置いて、プログラム可能な分子システムを構築する方法論の開発を目指す。通常サイズのロボットとは異なり、分子ロボットの組み立てはすべてボトムアップな自己集合・自己組織化により行われる必要があり、また分子ロボットの感覚、知能、運動といった機能はすべて化学反応系のプログラムと制御を基盤として実現しなければならない。
このため、以下の研究項目について、「計画研究」により重点的に研究を推進するとともに、これらに関連する2年間の研究を公募する。1年間の研究は公募の対象としない。また、研究分担者を置くことはできない。
公募研究の採択目安件数は、理論的研究については単年度当たり（1年間）の応募額150万円を上限とする研究を15件程度、実験的研究については単年度当たり（1年間）の応募額300万円を上限とする研究を10件程度予定している。
各研究項目とも、若手研究者からの積極的な応募を期待し、次の3つの観点から幅広く研究を募集する。①新分子材料導入：生化学（生体高分子、核酸、蛋白質など）、高分子化学、有機化学、無機化学など、②革新的理論提案：自律分散システム、創発システム、知的分子制御、制御理論、人工知能、計算モデル、数理モデル、粗視化シミュレーションなど、③応用開拓：医工学、DDS、再生医療、ナノバイオロジー、計算科学、生物物理、機械工学、ソフトマテリアル、バイオマテリアルなど。
なお、詳細については、領域ホームページ（http://molbot.org/shin-gaku/）を参照すること。
（研究項目）
- A01 分子ロボットの感覚
- A02 分子ロボットの知能
- A03 分子ロボットのシステム構築
- A04 分子ロボットの制御
公募要領
文部科学省のＨ２５年度科研費公募要領等
Q/A
新学術領域「分子ロボティクス」の公募研究について，Q&A 形式で追加情報をまとめました．下記をご参考にぜひご応募ください．
Q 実験的研究と理論的研究をどう区別するのですか？
A 申請書の予算規模で判断します．（年間 150 万円まで×2 年→理論的研究，年間 300 万
円まで×2 年→実験的研究）．計算機シミュレーションなどでも予算が必要であれば，実験
的研究として結構です．項目はどれに出していただいても構いません．
Q A01「分子ロボットの感覚」について，テーマ例やキーワードはありますか？
A 実験的研究のテーマ例としては，
・光、pH、温度、小分子、生体高分子等の入力シグナルを検知し、下流の情報処理・アク
チュエータに活用されるシグナルや分子に変換するシステムの設計と構築
・光、pH、温度、小分子、生体高分子等の入力シグナルを検知するための人工レセプター
の設計と構築
・外部から制御可能なチャネルの構築と人工脂質２重膜への融合
・脂質２重膜の内外で情報をやり取りできる膜貫通型の分子の設計と合成
また，理論的研究の例としては，
・少数分子からなる入力シグナルからノイズを除去し、目的のシグナルを増幅するための
理論、シミュレーション研究
などがあります．ただし，これらに限るわけではありません．
また，関連するキーワードとしては，
DNA，RNA，核酸構造体、蛋白質, 人工チャネル、人工レセプター、ナノポア，チャネル
タンパク質，少数分子検出、MEMS、DDS、人工脂質膜、物理化学（高分子反応、マルチ
スケール系）、自律分散、非線形科学（少数分子化学反応、形式言語理論等を用いた化学反
応の計算モデルなど）、ナチュラルコンピューティング（生物メディアを用いた計算、生体
情報の計測と制御を用いた計算）
などがあげられます．
Q A02「 分子ロボットの知能」については，どのような方向性でしょうか？
A 次のようなテーマに興味があります．実験的研究，理論的研究どちらでも結構です．た
だし，これらに限りません．
・基本演算(注 1)を行うための新規分子デバイスの開発、および分子反応をカスケード化
したシステムの構築
・分子デバイス・反応(注 2)を用いた新しい分子システム(注 3)の提案・自律分散システム理論(注 4)を用いた分子システムの解析
・分子デバイス・反応を用いた分子システムのための新しい数理解析・制御・数値シミュ
レーション手法(注 5)の提案
・少数分子からなる分子システム(注 6)を解析するための新しい数理解析手法・制御・数値
シミュレーション手法(注 5)の提案
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注 1 : 論理演算，オートマトンの状態遷移など
注 2 : 鞭打ち PCR (Whiplash PCR)，
光応答性分子による結合・解離・変形等の反応
核酸配列の鎖置換(Strand Displacement)反応，
酵素による核酸の配列特異的な切断・結合・修飾，
DNAzyme，アプタマー，リボスイッチ，
人工核酸，自律振動反応，刺激応答性ソフトマテリアルなど
注 3 : 新しい分子デバイスを用いた回路，
高速に動作する回路
少数分子で動作する回路，
演算素子が再利用できる回路，
光信号系列に応答して構造や機能を変化させる知的分子システム，
学習機能など高度な知能を備えた分子システム，
進化する分子システム，進化による反応回路の最適化，
自己安定的な分子システム，
自己組織化する知的分子システムなど
注 4 : Augluin らの population protocol など
注 5 : 計算能力の解析，制御性能の解析，確率的振舞いの解析，
確率的な制御，大規模な分子システムの多分解能性に着目した制御，
化学反応モデルのパラメータ推定，
精度保証計算，HPC 技術を用いた数値シミュレーションなど
注 6 : 脂質膜内で起こるマイクロスケールの分子反応など
Q A03 「分子ロボットのシステム化技術」では，何を狙いとしているのでしょうか？
A この項目は C01 アメーバ班と対応しており，最終的な目標は C01 班の計画研究に書い
た通りですが，1-2 年の短期的な目標は，「リポソームのなかに分子モータを実装し，それを外部からの刺激により駆動することで，リポソームを変形させること」です．分子モータとしては，アクチンフィラメントや微小管のような生体分子モータの形
成やすべり運動，人工的な高分子の重合・脱重合反応などが考えられます．また，外部からの刺激としては，光，分子，pH，DNA 断片などが考えられます．また，これらの分子モータや分子モータを制御する反応系をリポソームに埋め込むための技術も重要な課題と考えています．これらに関するシミュレーション研究などにも興味があります．
特に応募を期待しているのは，DNA と DNA 以外の分子をつなぐクロスリンカーの開発です．DNA とペプチド，DNA とタンパク，DNA と高分子など，つなぐ技術とつなぐことにより実現する機能に関する提案を期待しています．
Q A04 「分子ロボットの制御」ではどんなことをするのでしょうか？
A この項目は D01 スライム班と対応しており，最終的な目標は D01 班の計画研究に書い
た通りですが，1-2 年の短期的な目標は，「反応拡散場とそれに連動した何らかの運動を実装すること」です．具体的な反応場としては，
・DNA のみ，あるいは DNA と高分子で構成されるゲルあるいはゾル
・BZ ゲルなどのように，伸縮機能をもつ高分子アクチュエータでケミカルな制御が可能な
ものを考えています．
前者の場合，実装したい運動は，ゲル化領域の移動です．キャピラリーの中などに 1 次元のゾル空間を用意して，そのなかをゲル化部分が移動していく．ちょうど導火線（ゾル空間）を火（ゲル化領域）がつたわっていくようなイメージです．後者の場合，高分子アクチュエータの中に化学反応の波を起こし，それに連動して高分子の収縮を起こさせる系とその制御がテーマになります．
これらに関連して，ゲルの異方性化制御，各種の反応拡散場の実装・解析・シミュレーション・設計，ソフトマテリアルのシミュレーション，粗視化モデル，新しい分子アクチュエータ材料，DNA分子計算回路によるアクチュエータの駆動などのテーマを募集します.