분자 로보틱스(2025년 8월 조사)(일본어판)

◆조사 개요

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E plus 2025년 9월호에 게재된 것입니다.

리서치 내용

~나노 스케일에서의 정밀조작에 기반한 분자 수준의 자율적인 기능제어로,

　재료 합성 및 의료 분야의 혁신적인 접근법 제공~

1. 분자 로보틱스란

2. 분자 로보틱스의 눈에 띄는 기술

　　2-1. DNA 나노기술

　　2-2. 분자 모터 액추에이터

　　2-3 분자 논리회로와 정보처리기구

3. 분자 로보틱스가 전개되는 분야

　　3-1. 의료·바이오 기술 분야

　　3-2. 나노매뉴팩처링 분야

　　3-3. 환경센싱 모니터링 분야

　　3-4. 정보처리·지능재료 분야

4. 분자 로보틱스에 관한 시장규모 예측

　　[그림·표1. 분자 로보틱스의 일본 및 WW 시장규모 예측

　　(금액: 2025-2030년 예측)]

　　【그림·표2. 분자 로보틱스 분야별 WW 시장규모 예측

　　(금액: 2025-2030년 예측)]

5. 분자 로보틱스와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

　　5-1. 학교법인 간사이 대학

　　　　(1)분자 로보틱스 연구의 진화와 도달점

　　　　①0th Generation: Molecular Spider (분자 스파이더)

　　　　②1st Generation: Amoeba Robots (아메바형 로봇)

　　　　③2nd Generation: Slime Robots (슬라임형 로봇)

　　　　④3rd Generation: Multi-cellular Robots (다세포형 로봇)

　　　　⑤4th Generation: Hybrid Molecular Robots (하이브리드 분자 로봇)

　　　　【그림 1. 분자 로보틱스의 진화 시나리오】

　　　　(2) DNA를 기반으로 한 광에너지 전송로 개발

　　　　①DNA를 기반으로 한 생물 발광 공명 에너지 이동(BRET) 시스템 개발

　　　　【그림 2. BRET 시스템의 비교. 기존 시스템(왼쪽)과 DNA를 발판으로

　　　　발광 단백질 근방에 형광 색소를 배치한 신개발 시스템 dsBRET(오른쪽)]

　　　　②DNA에 고정한 발광 단백질을 분자 내 단분자 여기 광원으로 하는 에너지 전송계 구축

　　　　【그림3. dsBRET 시스템. 파랑(상), 녹색(중), 빨강(하)의 발색이 전달된다】

　　　　③dsBRET 시스템의 디스플레이 디바이스 응용

　　　　【그림 4. 멀티 컬러 dsBRET 시스템의 예】

　　5-2. 국립대학법인 규슈공업대학

　　　　(1)분자 규모의 학습 기구 구현

　　　　(2)회로 설계: 고전적 조건부 재현 및 응답 가소성·망각 기구

　　　　【그림 5】조건 반사 회로 [1]】

　　　　(3)실험적 검증과 향후 전개

　　5-3. 국립대학법인 군마대학

　　　　【그림 6. 인공세포의 구축】

　　　　[그림 7. 세포막에서의 인지질 비대칭 분포]

　　　　[그림 8. 비대칭 막 리포좀을 이용한 단백질 수송]

　　　　[그림 9. 인지질-오레오신 비대칭 막 소포 형성]

　　　　[그림 10. 인지질-오레오신 비대칭 막 소포의 분열 모델]

　　5-4. 학교법인 게이오기주쿠 대학

　　　　(1)유전자 회로의 수리 모형화

　　　　【그림 11. 유전자의 전사, 번역 기구를 이용한 세포 내의 AND 연산 회로】

　　　　【그림 12. 유전자 부귀환 회로를 이용한 진동자의 예 [1]】

　　　　(2)분자 통신 시스템의 제어

　　　　【그림 13. 여러 개의 나노 로봇이 분자 통신 채널을 통해 서로 통신하다

　　　　다중 에이전트 분자 통신 시스템의 개념도]

　　　　(3)마이크로 유체 플랫폼

　　　　【그림 14. HIL 시뮬레이션용 마이크로 유체 플랫폼 [3]】

　　5-5. 국립대학법인 도쿄과학대학

　　　　(1)분자 로보틱스의 설계 원리

　　　　[그림 15. 분자 로보틱스의 배경과 기본 틀

　　　　https://link.springer.com/rwe/10.1007/978-3-642-41610-1_189-1】

　　　　(2) DNA 하이드로겔: 분자 구조 설계된 소프트 바디

　　　　(3)인공 대사계라는 구동 원리: DASH의 설계 사상

　　　　【그림 16. 「인공」대사계 DASH의 개념도. (a)산일적 집합에 의한 DASH 패턴 형성.

　　　　(b)효소에 의한 DNA 합성, 분해 반응.

　　　　(a)(b)두 개의 사이클을 커플링하여 얻을 수 있다

　　　　(c)합성, 집합에 의한 생성과 소멸, 분해에 의한 소실 프로세스.

　　　　논문[2]을 기초로 개정 Reproduced/modified from Hamada et al.,

　　　　 Science Robotics, DOI:10.1126/scirobotics.aaw3512 (2019), AAAS.】

　　　　(4)마이크로 유체장에서의 소용돌이 형성과 패턴 생성

　　　　【그림 17. 동화 프로세스의 실장. (a)DNA의 합성은 RCA반응에 의해,

　　　　(b)집합은 마이크로 유체 디바이스 내에서의 소용돌이 발생을 이용하여 이루어진다.

　　　　논문[2]을 기초로 개정 Reproduced/modified from Hamada et al.,

　　　　 Science Robotics, DOI: 10.1126/scirobotics.aaw3512 (2019), AAAS.】

　　　　【그림 18. DASH에 의한 구조 생성(동화 프로세스).

　　　　논문[2]을 기초로 개정 Reproduced/modified from Hamada et al.,

　　　　 Science Robotics, DOI: 10.1126/scirobotics.aaw3512 (2019), AAAS.】

　　　　(5)슬라임처럼 움직이는 '지적' 머티리얼

　　　　【그림 19. 슬라임형 분자 로봇의 원형. (a)이동 행동.

　　　　(b)경쟁 비헤이비어. 스케일바는 염색한 DNA의 형광강도를 나타낸다.

　　　　논문[2]을 기초로 개정 Reproduced/modified from Hamada et al.,

　　　　 Science Robotics, DOI: 10.1126/scirobotics.aaw3512 (2019), AAAS.】

　　　　(6)기술과 사회를 연결하는 장

　　5-6. 대학공동이용기관법인 자연과학연구기구 분자과학연구소

　　　　(1)배경과 과제

　　　　(2)연구의 접근법

　　　　【그림 20. 암시야 현미경을 통한 DNA 나노입자 모터의 궤적 관찰 실험의 모식도 [1]】

　　　　(3)모터의 개량과 성과

　　　　[그림 21. 반응속도론과 기하학 모델에 기초한 1입자 트래킹 실험의

　　　　운동 재현 시뮬레이션 구성 [1]]

　　　　(4)금후의 전망

6. 분자 로보틱스에 관한 과제와 미래 전망

　　6-1. 과제

　　　　(1)설계와 제어의 어려움

　　　　(2)신뢰성 및 재현성 확보

　　　　(3)확장성과 대량 생산

　　　　(4)안전성·윤리적 배려

　　　　(5)다른 기술과의 통합 과제

　　6-2. 장래전망

　　　　(1)생체모방에서 초생체기능으로

　　　　(2)창약·의료 분야의 구현화

　　　　(3)분자 인텔리전스와 AI의 융합

　　　　(4)환경응답형 머티리얼과의 융합 전개

　　　　(5)사회 구현과 제도 정비의 진전