Cercetătorii descoperă un nou proces pentru imitarea vieții în materiale neviabile

O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică Delft a descoperit un nou proces care ar putea ajuta la imitarea vieții în materiale neviabile, cum ar fi roboții. Noul proces se bazează pe combustibil pentru a controla materialele neviabile într-un mod similar cu cel în care celulele vii funcționează.

Echipa spune că ciclul de reacție poate fi aplicat unei game largi de materiale. Rata sa poate fi controlată, deschizând multe oportunități în acest domeniu emergent. Noul proces ar putea juca, de asemenea, un rol important în robotica moale viitoare, cu mașini moi care pot simți mediul și răspunde corespunzător.

Rezultatele echipei au fost publicate în Nature Communications.

Imitarea reacțiilor chimice din celulele vii

Chimistul Rienk Eelkema și echipa sa lucrează la imitarea reacțiilor chimice din celulele vii, care furnizează combustibilul necesar pentru a controla celula. Aceste reacții conduc materialele neviabile în același mod, dar sunt limitate.

“Până acum, există doar aproximativ cinci tipuri de reacție care sunt utilizate în mod obișnuit de cercetători”, spune Eelkema. “Aceste reacții au două dezavantaje majore: rata lor este dificil de controlat și ele funcționează doar pe un anumit set de molecule”.

Împreună cu Benjamin Klemm, autorul principal al studiului, cei doi au descoperit un nou tip de reacție a cărui rată poate fi controlată eficient. Această reacție funcționează pe o gamă largă de materiale.

“Esența ciclului de reacție constă în faptul că poate comuta între o particulă neîncărcată și una încărcată prin adăugarea unui combustibil chimic”, continuă Eelkema. “Acest lucru ne permite să modificăm materialele și, prin urmare, să modificăm structurile acestor materiale, deoarece sarcinile egale se resping reciproc și sarcinile diferite se atrag una pe alta. Tipul și cantitatea de combustibil determină rata reacției și, prin urmare, cât timp o sarcină și, prin urmare, o structură dată există”.

Una dintre lucrurile pe care le-a făcut echipa a fost să utilizeze ciclul de reacție pentru a încărca un hidrogel, ceea ce a dus la repulsia sarcinilor și umflarea gelului.

Rolul în construirea roboților moi

Cercetătorii spun că ciclul de reacții chimice ar putea juca un rol în construirea roboților moi.

“Roboții moi există deja, de exemplu, microparticule controlate extern prin câmpuri magnetice sau electrice. Dar, în cele din urmă, ați dori ca un robot să poată controla singur: să vadă singur unde se află și ce se întâmplă și să răspundă corespunzător”, spune Eelkema. “Puteți programa ciclul nostru într-o particulă dinainte, apoi lăsați-o singură și își va îndeplini funcția independent atunci când va întâlni un semnal pentru a face acest lucru”.

Eelkema va căuta acum să adauge procesarea semnalelor la proces, care îl va lega de mediu.

“De exemplu, o particulă de polimer ar putea conține unele componente ale unui astfel de ciclu”, spune el. “Când întâlnește ultima parte a reacției, ciclul este completat, servind ca semnal pentru a se descompune sau a se umfla, de exemplu”.

Celulele din oameni și alte organisme se bazează pe energie pentru a funcționa.

“Acesta este și motivul pentru care avem nevoie să mâncăm”, explică Eelkema. “Legarea energiei de funcție are loc prin reacții chimice și este ceea ce definește ființele vii. Acest lucru permite celulelor să controleze când și unde se formează structuri sau procese, local și pentru o perioadă limitată de timp”.

Pe de altă parte, materialele neviabile pot funcționa fără o sursă de energie și pot exista pentru totdeauna. Nu a fost decât acum zece ani că au existat procese care ar fi putut utiliza un combustibil chimic pentru a conduce interacțiunile în materiale neviabile.

“Am introdus acest lucru aici, la Delft, împreună cu câteva alte locuri, și de atunci domeniul a explodat”, a concluzionat Eelkema.