Vědci objevili nový proces pro napodobování života v neživých materiálech

Tým výzkumníků z Delftské technické univerzity objevil nový proces, který by mohl pomoci napodobit život v neživých materiálech, jako jsou roboti. Nový proces se spoléhá na palivo, aby ovládal neživé materiály podobným způsobem, jako to dělají živé buňky.

Tým říká, že reakční cyklus by mohl být aplikován na širokou škálu materiálů. Jeho rychlost může být také ovládána, což otevírá mnoho příležitostí v tomto vznikajícím oboru. Nový vývoj by mohl také sehrát velkou roli v budoucnosti softwarových robotů, s měkkými stroji, které vnímají své okolí a reagují příslušným způsobem.

Závěry týmu byly zveřejněny 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 pro ovládání buňky. Tyto reakce pohánějí neživé materiály stejným způsobem, ale jsou omezené.

“Dosud existuje pouze asi pět typů reakcí, které jsou široce používány výzkumníky,” říká Eelkema. “Tyto reakce mají dvě hlavní nevýhody: jejich rychlost je obtížně ovladatelná a fungují pouze na specifické sadě molekul.”

Spolu s Benjaminem Klemmem, vedoucím autorem studie, objevili nový typ reakce, jehož rychlost může být účinně ovládána. Tato reakce funguje na širokou škálu materiálů.

“Podstatou reakčního cyklu je, že může přepínat mezi nenabitou a nabitou částicí přidáním chemického paliva,” pokračuje Eelkema. “To umožňuje měnit materiály a tím modifikovat struktury těchto materiálů, protože stejné náboje se odpuzují a různé náboje se přitahují. Typ a množství paliva určuje rychlost reakce a tedy, jak dlouho náboj a tedy daná struktura existuje.”

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

Role při stavbě softwarových robotů

Výzkumníci říkají, že cyklus chemických reakcí by mohl sehrát roli při stavbě softwarových robotů.

“Softwaroví roboti již existují, například mikročástice ovládané externě prostřednictvím magnetických nebo elektrických polí. Ale nakonec byste chtěli, aby robot mohl ovládat sám sebe: aby viděl, kde je a co se děje, a poté reagoval příslušným způsobem,” říká Eelkema. “Můžete naprogramovat náš cyklus do částice předem, poté ji nechat samotnou, a poté vykoná svou funkci nezávisle, jakmile narazí na signál k tomu.”

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

“Například polymerová částice by mohla obsahovat některé součásti takového cyklu,” říká. “Když narazí na poslední část reakce, cyklus je dokončen, což slouží jako signál k rozpadu nebo bobtnání, například.”

Buňky v lidském těle a jiných organismech závisí na energii, aby fungovaly.

“To je také důvod, proč potřebujeme jíst,” vysvětluje Eelkema. “To propojení energie s funkcí se děje prostřednictvím chemických reakcí a je to, co definuje živé bytosti. To umožňuje buňkám ovládat, kdy a kde se tvoří struktury nebo procesy, lokálně a po omezenou dobu.”

Na druhé straně neživé materiály mohou fungovat bez dodávky energie a existovat navždy. Až před deseti lety existovaly procesy, které mohly použít chemické palivo pro pohánění interakcí v neživých materiálech.

“Zavedli jsme to zde v Delftu, spolu s několika dalšími místy, a od té doby se toto odvětví rozrostlo,” uzavírá Eelkema.