Ερευνητές Ανακαλύπτουν Νέο Πρόceso για την Μίμηση της Ζωής σε Ανόργανες Υλικές Ουσίες

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Ντελφτ έχει ανακαλύψει μια νέα διαδικασία που μπορεί να βοηθήσει στην μίμηση της ζωής σε ανόργανες υλικές ουσίες, όπως τα ρομπότ. Η νέα διαδικασία βασίζεται σε καύσιμο για τον έλεγχο ανόργανων υλικών με παρόμοιο τρόπο με αυτόν που κάνουν οι ζωντανοί κύτταροι. 

Η ομάδα λέει ότι ο κύκλος της αντίδρασης μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα υλικών. Η ταχύτητά του μπορεί επίσης να ελεγχθεί, ανοίγοντας πολλές ευκαιρίες σε αυτό το αναδυόμενο πεδίο. Η νέα εξέλιξη μπορεί επίσης να παίξει σημαντικό ρόλο στη μελλοντική μαλακή ρομποτική, με μαλακά μηχανήματα που ανιχνεύουν το περιβάλλον τους και αντιδρούν ανάλογα. 

Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications. 

Μίμηση Χημικών Αντιδράσεων σε Ζωντανούς Κύτταρους

Ο χημικός Rienk Eelkema και η ομάδα του εργάζονται στην μίμηση των χημικών αντιδράσεων σε ζωντανούς κύτταρους, οι οποίες παρέχουν το καύσιμο που χρειάζεται για τον έλεγχο του κυττάρου. Αυτές οι αντιδράσεις οδηγούν ανόργανες υλικές ουσίες με τον ίδιο τρόπο, αλλά είναι περιορισμένες. 

“Μέχρι τώρα, υπάρχουν μόνο περίπου πέντε τύποι αντιδράσεων που χρησιμοποιούνται ευρέως από ερευνητές,” λέει ο Eelkema. “Αυτές οι αντιδράσεις έχουν δύο σημαντικά μειονεκτήματα: η ταχύτητά τους είναι δύσκολο να ελεγχθεί και λειτουργούν μόνο σε ένα συγκεκριμένο σύνολο μορίων.” 

Μαζί με τον Benjamin Klemm, τον βασικό συγγραφέα της μελέτης, το ζευγάρι ανακάλυψε einen νέο τύπο αντίδρασης της οποίας η ταχύτητα μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά. Αυτή η αντίδραση λειτουργεί σε ένα ευρύ φάσμα υλικών. 

“Η ουσιαστική της αντίδρασης είναι ότι μπορεί να μεταβαίνει μεταξύ ενός μη φορτισμένου και ενός φορτισμένου σωματιδίου με την προσθήκη ενός χημικού καυσίμου σε αυτό,” συνεχίζει ο Eelkema. “Αυτό μας επιτρέπει να αλλάξουμε υλικά και έτσι να τροποποιήσουμε τις δομές αυτών των υλικών, επειδή ίδια φορτία απωθούν το ένα το άλλο και διαφορετικά φορτία ελκύονται. Ο τύπος και η ποσότητα του καυσίμου καθορίζει την ταχύτητα της αντίδρασης και επομένως πόσο καιρό υπάρχει ένα φορτίο και επομένως μια δομή.” 

Ένα από τα πράγματα που έκανε η ομάδα ήταν να χρησιμοποιήσει τον κύκλο της αντίδρασης για να φορτίσει ένα υδρογέλ, το οποίο οδήγησε στο φορτίο να απωθεί το ένα το άλλο και το γέλ να φουσκώνει. 

Ρόλος στην Κατασκευή Μαλακών Ρομπότ

Οι ερευνητές λένε ότι ο κύκλος των χημικών αντιδράσεων μπορεί να παίξει ρόλο στην κατασκευή μαλακών ρομπότ. 

“Τα μαλακά ρομπότ υπάρχουν ήδη, για παράδειγμα μικροσωματίδια που ελέγχονται εξωτερικά μέσω μαγνητικών ή ηλεκτρικών πεδίων. Nhưng τελικά θα ήθελες ένα ρομπότ να μπορεί να ελέγχει τον εαυτό του: να βλέπει μόνος του όπου είναι και τι συμβαίνει και να αντιδρά ανάλογα,” λέει ο Eelkema. “Μπορείς να προγραμματίσεις τον κύκλο μας σε ένα σωματίδιο εκ των προτέρων, και μετά να το αφήσεις μόνο, και να εκτελεί την λειτουργία του ανεξάρτητα μόλις συναντήσει ένα σήμα να το κάνει.” 

Ο Eelkema θα κοιτάξει τώρα να προσθέσει επεξεργασία σήματος στη διαδικασία, η οποία θα τη συνδέσει με το περιβάλλον. 

“Για παράδειγμα, ένα σωματίδιο πολυμερούς θα μπορούσε να περιέχει κάποια συστατικά ενός τέτοιου κύκλου,” λέει. “Όταν συναντήσει το τελευταίο μέρος της αντίδρασης, ο κύκλος ολοκληρώνεται, λειτουργώντας ως σήμα να διαλυθεί ή να φουσκώσει, για παράδειγμα.”

Οι κύτταροι στους ανθρώπους και σε άλλα όντα βασίζονται στην ενέργεια για να λειτουργήσουν. 

“Αυτό είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο πρέπει να τρώμε,” εξηγεί ο Eelkema. “Αυτή η σύνδεση της ενέργειας με τη λειτουργία λαμβάνει χώρα μέσω χημικών αντιδράσεων και είναι αυτό που ορίζει τα ζωντανά όντα. Επιτρέπει στους κύτταρους να ελέγχουν πότε και πού σχηματίζονται δομές ή λαμβάνουν χώρα διαδικασίες, τοπικά και για περιορισμένο χρόνο.” 

Από την άλλη πλευρά, τα ανόργανα υλικά μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς προμήθεια ενέργειας και να υπάρχουν για πάντα. Δεν ήταν μέχρι πριν από δέκα χρόνια που υπήρχαν διαδικασίες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ένα χημικό καύσιμο για να οδηγήσουν τις αλληλεπιδράσεις σε ανόργανες υλικές ουσίες. 

“Εισαγάγαμε αυτό εδώ στο Ντελφτ, μαζί με μερικά άλλα μέρη, και από τότε το πεδίο έχει εκραγεί,” συμπέρανε ο Eelkema.