I ricercatori scoprono un nuovo processo per mimare la vita nei materiali non viventi

Un team di ricercatori della Technische Universiteit Delft ha scoperto un nuovo processo che potrebbe aiutare a mimare la vita nei materiali non viventi, come i robot. Il nuovo processo si basa su un combustibile per controllare i materiali non viventi in modo simile a quanto fanno le cellule viventi.

Il team afferma che il ciclo di reazione potrebbe essere applicato a una vasta gamma di materiali. La sua velocità può anche essere controllata, aprendo molte opportunità in questo campo emergente. Il nuovo sviluppo potrebbe anche svolgere un ruolo importante nella futura robotica morbida, con macchine morbide che percepiscono l’ambiente e rispondono di conseguenza.

I risultati del team sono stati pubblicati su Nature Communications.

Mimare le reazioni chimiche nelle cellule viventi

Il chimico Rienk Eelkema e il suo team lavorano sulla mimetizzazione delle reazioni chimiche nelle cellule viventi, che forniscono il combustibile necessario per controllare la cellula. Queste reazioni guidano i materiali non viventi nello stesso modo, ma sono limitate.

“Finora, ci sono solo circa cinque tipi di reazione ampiamente utilizzati dai ricercatori”, afferma Eelkema. “Queste reazioni hanno due svantaggi principali: la loro velocità è difficile da controllare e funzionano solo su un insieme specifico di molecole”.

Insieme a Benjamin Klemm, autore principale dello studio, la coppia ha scoperto un nuovo tipo di reazione la cui velocità può essere efficacemente controllata. Questa reazione funziona su una vasta gamma di materiali.

“L’essenza del ciclo di reazione è che può commutare tra una particella non carica e una carica aggiungendo un combustibile chimico”, continua Eelkema. “Ciò ci consente di cambiare materiali e quindi di modificare le strutture di quei materiali, poiché le cariche uguali si respingono a vicenda e le cariche diverse si attraggono a vicenda. Il tipo e la quantità di combustibile determinano la velocità di reazione e quindi quanto a lungo una carica e quindi una struttura data esiste”.

Una delle cose che il team ha fatto è stata utilizzare il loro ciclo di reazione per caricare un idrogel, che ha portato alle cariche che si respingevano a vicenda e al gel che si gonfiava.

Ruolo nella costruzione di robot morbidi

I ricercatori affermano che il ciclo di reazioni chimiche potrebbe svolgere un ruolo nella costruzione di robot morbidi.

“I robot morbidi esistono già, ad esempio microparticelle controllate esternamente attraverso campi magnetici o elettrici. Ma alla fine vorresti che un robot potesse controllarsi da solo: vedere dove si trova e cosa sta succedendo e quindi rispondere di conseguenza”, afferma Eelkema. “Puoi programmare il nostro ciclo in una particella in anticipo, poi lasciarla sola, e svolge la sua funzione in modo indipendente non appena incontra un segnale per farlo”.

Eelkema cercherà ora di aggiungere l’elaborazione dei segnali al processo, che lo collegherà all’ambiente.

“Ad esempio, una particella di polimero potrebbe contenere alcuni componenti di tale ciclo”, afferma. “Quando incontra l’ultima parte della reazione, il ciclo è completato, servendo come segnale per disintegrarsi o gonfiarsi, ad esempio”.

Le cellule negli esseri umani e in altri organismi si basano sull’energia per funzionare.

“Questo è anche il motivo per cui noi esseri umani dobbiamo mangiare”, spiega Eelkema. “Quella connessione di energia alla funzione si verifica attraverso reazioni chimiche ed è ciò che definisce gli esseri viventi. Consente alle cellule di controllare quando e dove vengono formate strutture o processi, localmente e per un tempo limitato”.

D’altra parte, i materiali non viventi possono funzionare senza un approvvigionamento di energia e esistere per sempre. Non è stato fino a dieci anni fa che esistevano processi che potevano utilizzare un combustibile chimico per guidare le interazioni nei materiali non viventi.

“Abbiamo introdotto questo qui a Delft, insieme ad alcuni altri posti, e da allora il campo è esploso”, conclude Eelkema.