Forskere oppdager ny prosess for å etterligne liv i ikke-levende materialer

Et team av forskere ved Delft University of Technology har oppdaget en ny prosess som kan hjelpe med å etterligne liv i ikke-levende materialer, som for eksempel roboter. Den nye prosessen baserer seg på drivstoff for å kontrollere ikke-levende materialer på en lignende måte som levende celler gjør.

Teamet sier at reaksjonscyklen kan brukes på en rekke ulike materialer. Dessuten kan hastigheten kontrolleres, noe som åpner opp mange muligheter i dette nye feltet. Den nye utviklingen kan også spille en stor rolle i fremtidens myke roboter, hvor myke maskiner kan sanse omgivelsene og reagere på en passende måte.

Teamets funn er publisert i Nature Communications.

Etterligne kjemiske reaksjoner i levende celler

Kjemiker Rienk Eelkema og hans team arbeider med å etterligne de kjemiske reaksjonene i levende celler, som gir drivstoffet som trengs for å kontrollere cellen. Disse reaksjonene driver ikke-levende materialer på samme måte, men de er begrensede.

“Inntil nå er det bare om lag fem typer reaksjoner som er mye brukt av forskere,” sier Eelkema. “Disse reaksjonene har to store ulemper: deres hastighet er vanskelig å kontrollere og de fungerer bare på en bestemt gruppe molekyler.”

Sammen med Benjamin Klemm, hovedforfatter av studien, oppdaget de en ny type reaksjon hvis hastighet kan kontrolleres effektivt. Denne reaksjonen fungerer på en rekke ulike materialer.

“Kjernen i reaksjonscyklen er at den kan skifte mellom en uplassert og en ladd partikkel ved å legge til et kjemisk drivstoff,” fortsetter Eelkema. “Dette gjør det mulig for oss å endre materialer og dermed modifisere strukturer i disse materialene, fordi like ladninger repellerer hverandre og ulike ladninger tiltrekker hverandre. Typen og mengden drivstoff bestemmer reaksjonshastigheten, og dermed hvor lenge en lading og en gitt struktur eksisterer.”

En av tingene teamet gjorde var å bruke deres reaksjonscyklus til å lade en hydrogel, noe som resulterte i at ladningene repellerer hverandre og gelet svulmer.

Rolle i bygging av myke roboter

Forskerne sier at syklusen av kjemiske reaksjoner kan spille en rolle i bygging av myke roboter.

“Myke roboter eksisterer allerede, for eksempel mikropartikler kontrollert eksternt gjennom magnetiske eller elektriske felt. Men til slutt ville du ønske at en robot kunne kontrollere seg selv: å se hvor den er og hva som skjer og deretter reagere på en passende måte,” sier Eelkema. “Du kan programmere vår syklus i en partikkel på forhånd, deretter la den være alene, og den utfører sin funksjon uavhengig så snart den møter et signal for å gjøre det.”

Eelkema vil nå se på å legge til signalbehandling i prosessen, noe som vil koble den til omgivelsene.

“For eksempel kunne en polymerpartikkel inneholde noen komponenter av en slik syklus,” sier han. “Når den møter den siste delen av reaksjonen, fullføres syklusen, og det fungerer som et signal for å desintegrere eller svulme opp, for eksempel.”

Cellene i mennesker og andre organismer er avhengige av energi for å fungere.

“Det er også grunnen til at vi mennesker må spise,” forklarer Eelkema. “Den koblingen av energi til funksjon skjer gjennom kjemiske reaksjoner og er det som definerer levende vesener. Det gjør det mulig for celler å kontrollere når og hvor strukturer formas eller prosesser skjer, lokalt og for en begrenset tid.”

På den andre siden kan ikke-levende materialer fungere uten en energikilde og eksistere for alltid. Det var ikke før ti år siden at prosesser eksisterte som kunne bruke et kjemisk drivstoff til å drive interaksjoner i ikke-levende materialer.

“Vi innførte det her i Delft, sammen med noen andre steder, og siden da har feltet eksplodert,” konkluderer Eelkema.