Výzkumníci objevují nový proces napodobování života v neživých materiálech

Tým výzkumníků z Delft University of Technology objevil nový proces, který by mohl pomoci napodobit život v neživých materiálech, jako jsou roboti. Nový proces spoléhá na palivo, které řídí neživé materiály podobným způsobem jako živé buňky. 

Tým říká, že reakční cyklus by mohl být aplikován na širokou škálu materiálů. Jeho rychlost lze také kontrolovat, což otevírá mnoho příležitostí v této nově vznikající oblasti. Nový vývoj by také mohl hrát velkou roli v budoucí měkké robotice, kdy měkké stroje budou vnímat své prostředí a vhodně reagovat. 

Zjištění týmu byla zveřejněna v Nature Communications. 

Napodobování chemických reakcí v živých buňkách

Chemik Rienk Eelkema a jeho tým pracují na napodobování chemických reakcí v živých buňkách, které poskytují palivo potřebné k ovládání buňky. Tyto reakce pohánějí neživé materiály stejným způsobem, ale jsou omezené. 

"Až dosud existuje jen asi pět typů reakcí, které výzkumníci široce používají, " říká Eelkema. "Tyto reakce mají dvě hlavní nevýhody: jejich rychlost se obtížně kontroluje a fungují pouze na konkrétní sadě molekul." 

Společně s Benjaminem Klemmem, hlavním autorem studie, dvojice objevila nový typ reakce, jejíž rychlost lze účinně kontrolovat. Tato reakce funguje na široké škále materiálů. 

"Podstatou reakčního cyklu je to, že může přepínat mezi nenabitou a nabitou částicí přidáním chemického paliva," pokračuje Eelkema. „To nám umožňuje měnit materiály a tak upravovat struktury těchto materiálů, protože stejné náboje se odpuzují a různé náboje se přitahují. Druh a množství paliva určuje reakční rychlost, a tedy i to, jak dlouho náboj a tedy daná struktura existuje.“ 

Jednou z věcí, které tým udělal, bylo použití svého reakčního cyklu k nabití hydrogelu, což vedlo k tomu, že se náboje vzájemně odpuzovaly a gel bobtnal. 

Role při budování měkkých robotů

Vědci tvrdí, že cyklus chemických reakcí by mohl hrát roli při stavbě měkkých robotů. 

„Měkké roboty již existují, například mikročástice ovládané externě pomocí magnetických nebo elektrických polí. Ale nakonec byste chtěli, aby se robot dokázal ovládat: aby sám viděl, kde je a co se děje, a pak podle toho reagoval,“ říká Eelkema. "Náš cyklus můžete naprogramovat do částice předem, pak ji nechat být a ona bude vykonávat svou funkci nezávisle, jakmile narazí na signál, aby tak učinil." 

Eelkema se nyní bude snažit přidat do procesu zpracování signálu, které jej propojí s prostředím. 

"Například částice polymeru by mohla obsahovat některé složky takového cyklu," říká. "Když narazí na poslední část reakce, cyklus je dokončen a slouží například jako signál k rozpadu nebo nabobtnání."

Buňky v lidech a jiných organismech se spoléhají na energii, aby fungovaly. 

"To je také důvod, proč my lidé potřebujeme jíst," vysvětluje Eelkema. „Toto propojení energie s funkcí se děje prostřednictvím chemických reakcí a je to, co definuje živé bytosti. Umožňuje buňkám řídit, kdy a kde se tvoří struktury nebo procesy, lokálně a po omezenou dobu.“ 

Na druhou stranu, neživý materiál může fungovat bez přísunu energie a existovat navždy. Teprve před deseti lety existovaly procesy, které mohly využívat chemické palivo k řízení interakcí v neživých materiálech. 

"Zavedli jsme to tady v Delftu spolu s několika dalšími místy a od té doby to explodovalo," uzavřel Eelkema.