Forskare Upptäcker Ny Process för Att Imitera Liv i Icke-Levande Material

Ett team av forskare vid Delft University of Technology har upptäckt en ny process som kan hjälpa till att imitera liv i icke-levande material, såsom robotar. Den nya processen bygger på bränsle för att kontrollera icke-levande material på ett liknande sätt som levande celler gör.

Teamet säger att reaktionscykeln kan tillämpas på en mängd olika material. Dess hastighet kan också kontrolleras, vilket öppnar upp många möjligheter inom detta nya område. Den nya utvecklingen kan också spela en stor roll i framtida mjuka robotar, med mjuka maskiner som känner av sin omgivning och svarar lämpligt.

Teamets resultat publicerades i Nature Communications.

Att Imitera Kemiska Reaktioner i Levande Cellulär

Kemisten Rienk Eelkema och hans team arbetar med att imitera de kemiska reaktionerna i levande celler, som tillhandahåller det bränsle som behövs för att kontrollera cellen. Dessa reaktioner driver icke-levande material på samma sätt, men de är begränsade.

“Hittills finns det bara omkring fem typer av reaktioner som används av forskare”, säger Eelkema. “Dessa reaktioner har två stora nackdelar: deras hastighet är svår att kontrollera och de fungerar bara på en specifik uppsättning molekyler.”

Tillsammans med Benjamin Klemm, huvudförfattare till studien, upptäckte duon en ny typ av reaktion vars hastighet kan kontrolleras effektivt. Denna reaktion fungerar på en mängd olika material.

“Essensen av reaktionscykeln är att den kan växla mellan en oberoende och en laddad partikel genom att lägga till ett kemiskt bränsle till den”, fortsätter Eelkema. “Detta tillåter oss att ändra material och därmed modifiera strukturerna i dessa material, eftersom lika laddningar repellerar varandra och olika laddningar attraherar varandra. Typen och mängden bränsle bestämmer reaktionshastigheten, och därmed hur länge en laddning och därmed en given struktur existerar.”

En av de saker som teamet gjorde var att använda sin reaktionscykel för att ladda ett hydrogel, vilket resulterade i att laddningarna repellerade varandra och gelen svällde.

Rollen i Att Bygga Mjuka Robotar

Forskarna säger att cykeln av kemiska reaktioner kan spela en roll i att bygga mjuka robotar.

“Mjuka robotar existerar redan, till exempel mikropartiklar som kontrolleras externt genom magnetiska eller elektriska fält. Men till slut vill man att en robot ska kunna kontrollera sig själv: att se var den är och vad som händer och sedan svara lämpligt”, säger Eelkema. “Man kan programmera vår cykel i en partikel i förväg, sedan lämna den ensam, och den utför sin funktion oberoende så snart den möter ett signal för att göra så.”

Eelkema kommer nu att lägga till signalbehandling i processen, vilket kommer att koppla den till omgivningen.

“Till exempel kan en polymerpartikel innehålla vissa komponenter i en sådan cykel”, säger han. “När den möter den sista delen av reaktionen, är cykeln komplett, vilket fungerar som en signal för att bryta samman eller svälla upp, till exempel.”

Cellerna i människor och andra organismer är beroende av energi för att fungera.

“Det är också varför vi människor behöver äta”, förklarar Eelkema. “Den kopplingen av energi till funktion sker genom kemiska reaktioner och är vad som definierar levande varelser. Det möjliggör för celler att kontrollera när och var strukturer bildas eller processer äger rum, lokalt och under en begränsad tid.”

Å andra sidan kan icke-levande material fungera utan energitillförsel och existera för alltid. Det var inte förrän för tio år sedan som processer existerade som kunde använda ett kemiskt bränsle för att driva interaktioner i icke-levande material.

“Vi introducerade det här i Delft, tillsammans med några andra platser, och sedan dess har fältet exploderat”, avslutar Eelkema.