一群分子机器人运输货物的示意图(上)和一个分子机器人运输蓝色球形货物的荧光图像(下)。比例尺是20微米。通过指定光照射的位置，可以将货物堆积在指定的目的地(右侧)。比例尺是50微米。鸣谢:Mousumi Akter，等在全球范围内，科学家首次证明了分子机器人能够通过采用群集策略来完成货物运输，其运输效率是单个机器人的五倍。群体机器人学是一门新的学科，它受生物有机体的合作行为的启发，主要研究机器人的制造及其在群体中的应用，以完成复杂的任务。群体是多个个体有序的集体行为。大规模群体机器人已经被开发并用于各种应用，例如运输和堆积货物、形成形状和建造复杂的结构。
由北海道大学理学院Mousumi Akter博士和Akira Kakugo副教授领导的一个研究小组利用群体优势，成功开发了世界上第一台可工作的微型机器。这项发现发表在《机器人科学》期刊上。该小组包括九州大学助理教授井上大佑；哥伦比亚大学亨利·赫斯教授；名古屋大学浅沼博之教授；关西大学教授Akinori Kuzuya。
一群合作的机器人获得了许多单个机器人所没有的特征——它们可以分工工作，应对风险，甚至根据环境的变化创建复杂的结构。微米和纳米尺度的微型机器人和机器由于它们的尺寸而很少有实际应用；如果它们能成群合作，它们的潜在用途将会大大增加。
单个(顶部)和群(底部)运输机装载和运输不同直径的货物。比例尺:20米。货物的直径(d)在每部电影的左上方。在这里，集群可以装载和运输直径高达20.0米的货物，而单个运输工具无法装载和运输直径大于3.4米的货物。2022年4月20日)。鸣谢:Mousumi Akter等人，科学机器人。2022年4月20日该团队建造了大约500万台单分子机器。这些机器由两种生物成分组成:与DNA相连的微管，这使它们能够群集；和驱动蛋白，它们是能够运输微管的致动器。DNA与一种被称为偶氮苯的光敏化合物结合，这种化合物起到传感器的作用，可以控制群集。当暴露在可见光下时，偶氮苯结构的变化导致DNA形成双链，并导致微管形成群。暴露在紫外线下会逆转这一过程。
群体运输者通过长距离装载和运输货物实现协作任务。标尺:20米。在这里，成群装载的货物在可见光照射下移动了1毫米的总距离而没有脱落。这部电影的播放速度是原版的100倍。2022年4月20日)。鸣谢:Mousumi Akter等人，科学机器人。2022年4月20日实验中使用的货物由直径从几微米到几十微米的聚苯乙烯珠组成。这些珠子用偶氮苯连接的DNA处理；因此，货物暴露在可见光下时装载，暴露在紫外光下时卸载。然而，分子机器和货物中使用的DNA和偶氮苯是不同的，所以群集可以独立于货物装载进行控制。
在紫外线照射下从运输工具组卸载货物。比例尺:20米。在这里，观察到群体转运蛋白解离成单个微管和货物从转运蛋白卸载同时发生。未装载的货物保持静止，不再在紫外线照射下运输。这部电影的播放速度是原版的100倍。2022年4月20日单个机器能够装载和运输直径达3微米的聚苯乙烯珠，而成群的机器能够运输直径达30微米的货物。此外，对运输距离和运输量的比较表明，与单台机器相比，群集的运输效率提高了五倍。
通过证明分子机器可以被设计成群集并合作以高效率运输货物，这项研究为微型机器人在各个领域的应用奠定了基础。Akira Kakugo说:“在不久的将来，我们希望看到微型机器人群用于药物输送、污染物收集、分子发电设备和微型检测设备。”
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