Výzkumníci objevili nový proces pro napodobňování života v neživých materiálech

Tým výzkumníků z Delftské univerzity technologie objevil nový proces, který by mohl pomoci napodobnit 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 budoucí softwarové robotice, s měkkými stroji, které vnímají své prostředí a reagují příslušným způsobem. 

Zjištění týmu byla zveřejněna v Nature Communications. 

Napodobňování chemických reakcí v živých buňkách

Chemik Rienk Eelkema a jeho tým pracují na napodobňování chemických reakcí v živých buňkách, které poskytují palivo potřebné k 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, hlavním autorem studie, dvojice objevila nový typ reakce, jejíž rychlost lze účinně ovládat. Tato reakce funguje na široké škále materiálů. 

“Podstatou reakčního cyklu je, že může přepínat mezi nechargeovaným a chargeovaným částicemi přidáním chemického paliva,” pokračuje Eelkema. “To nám 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 k chargeování 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 sám, kde je a co se děje, a poté reagoval příslušným způsobem,” říká Eelkema. “Můžete naprogramovat náš cyklus do částice předem, pak ji nechat samotnou, a poté vykoná svou funkci nezávisle, jakmile narazí na signál k tomu.” 

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

“Například polymerová částice by mohla obsahovat některé komponenty 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 jsou struktury tvořeny nebo procesy probíhají, 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 k pohánění interakcí v neživých materiálech. 

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