باحثون يكتشفون عملية جديدة لمحاكاة الحياة في المواد غير الحية

اكتشف فريق من الباحثين في جامعة دلفت للتكنولوجيا عملية جديدة يمكن أن تساعد في محاكاة الحياة في المواد غير الحية، مثل الروبوتات. تعتمد العملية الجديدة على الوقود للسيطرة على المواد غير الحية بطريقة مشابهة لما تفعله الخلايا الحية.

يقول الفريق إن دورة التفاعل يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المواد. كما يمكن التحكم في معدلها، مما يفتح العديد من الفرص في هذا المجال الناشئ. يمكن أن تلعب التطور الجديد أيضًا دورًا كبيرًا في روبوتات النسيج الناعم في المستقبل، مع أجهزة ناعمة تشعر بالبيئة وتستجيب بشكل مناسب.

نشر الفريق نتائجه في Nature Communications.

محاكاة التفاعلات الكيميائية في الخلايا الحية

يعمل الكيميائي رينك إيلكما وفريقه على محاكاة التفاعلات الكيميائية في الخلايا الحية، والتي توفر الوقود اللازم للسيطرة على الخلية. تدفع هذه التفاعلات المواد غير الحية بنفس الطريقة، ولكنها محدودة.

“حتى الآن، هناك فقط حوالي خمس أنواع من التفاعلات التي يستخدمها الباحثون على نطاق واسع،” يقول إيلكما. “تتمتع هذه التفاعلات ب两个 عيوب رئيسيين: من الصعب التحكم في معدلهم وهم يعملون فقط على مجموعة معينة من الجزيئات.”

إلى جانب بنيامين كليم، المؤلف الرئيسي للدراسة، اكتشف الثنائي نوعًا جديدًا من التفاعل يمكن التحكم في معدله بشكل فعال. يعمل هذا التفاعل على مجموعة واسعة من المواد.

“جوهر دورة التفاعل هو أنه يمكن أن يتحول بين جسيم غير مشحون وجسيم مشحون بإضافة وقود كيميائي إليه،” يواصل إيلكما. “هذا يسمح لنا بتغيير المواد وبالتالي تعديل هياكل تلك المواد، لأن الشحنات المتساوية تتنافر وتنجذب الشحنات المختلفة. يحدد نوع وكمية الوقود معدل التفاعل، وبالتالي مدة وجود شحنة وبالتالي هيكل معين.”

من بين الأشياء التي قام بها الفريق هو استخدام دورة التفاعل لشحن هيدروجيل، مما أدى إلى تنافر الشحنات وتورم الجل.

الدور في بناء الروبوتات الناعمة

يقول الباحثون إن دورة التفاعلات الكيميائية يمكن أن تلعب دورًا في بناء الروبوتات الناعمة.

“الروبوتات الناعمة موجودة بالفعل، على سبيل المثال الجسيمات الدقيقة التي تتحكم فيها خارجيًا من خلال الحقول المغناطيسية أو الكهربائية. ولكن في النهاية تريد أن يكون الروبوت قادرًا على التحكم في نفسه: أن يرى لنفسه أين هو وما يحدث ثم يستجيب بشكل مناسب،” يقول إيلكما. “يمكن برمجة دورةنا في جسيم مسبقًا، ثم تركه وحده، وقام بعمله بشكل مستقل بمجرد مواجهته لإشارة للقيام بذلك.”

سيبحث إيلكما الآن عن إضافة معالجة الإشارات إلى العملية، والتي ستصلها بالبيئة.

“على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي جزيئة بوليمر على بعض مكونات دورة التفاعل،” يقول. “عندما تواجه الجزء الأخير من التفاعل، تكتمل الدورة، وتعمل كإشارة للاختفاء أو التورم، على سبيل المثال.”

تعتمد الخلايا في البشر والكائنات الحية الأخرى على الطاقة للعمل.

“هذا هو السبب في أننا بحاجة إلى الأكل،” يشرح إيلكما. “تربط هذه الوصلات بين الطاقة والوظيفة من خلال التفاعلات الكيميائية، وهي ما يحدد الكائنات الحية. إنه يسمح للخلايا بالسيطرة على متى وأين تتشكل الهياكل أو تحدث العمليات، محليًا ولفترة محدودة.”

من ناحية أخرى، يمكن للمواد غير الحية أن تعمل بدون إمداد طاقة وتستمر إلى الأبد. لم تكن هناك حتى قبل عشر سنوات عمليات يمكن أن تستخدم وقودًا كيميائيًا لتشغيل التفاعلات في المواد غير الحية.

“قدمنا ذلك هنا في دلفت، إلى جانب بعض الأماكن الأخرى، ومنذ ذلك الحين انفجر المجال،” يختتم إيلكما.