นักวิจัยค้นพบกระบวนการใหม่สำหรับการเลียนแบบชีวิตในสารที่ไม่มีชีวิต

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีดัลฟ์ตได้ค้นพบกระบวนการใหม่ที่สามารถช่วยเลียนแบบชีวิตในสารที่ไม่มีชีวิต เช่น โรบอท กระบวนการใหม่นี้ขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงในการควบคุมสารที่ไม่มีชีวิตในลักษณะที่คล้ายกับเซลล์ที่มีชีวิต

ทีมวิจัยระบุว่าวงจรปฏิกิริยานี้สามารถใช้กับสารที่หลากหลายได้ และอัตราการเกิดปฏิกิริยายังสามารถควบคุมได้ ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ๆ ในสาขานี้ การพัฒนานี้ยังสามารถมีบทบาทสำคัญในการสร้างโรบอทอ่อนในอนาคต โดยมีเครื่องจักรอ่อนที่สามารถรับรู้สิ่งแวดล้อมและตอบสนองได้อย่างเหมาะสม

ผลการวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications

เลียนแบบปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ที่มีชีวิต

นักเคมี Rienk Eelkema และทีมงานของเขาได้ทำงานเกี่ยวกับการเลียนแบบปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งให้เชื้อเพลิงที่จำเป็นในการควบคุมเซลล์ ปฏิกิริยาเหล่านี้ขับเคลื่อนสารที่ไม่มีชีวิตในลักษณะเดียวกัน แต่มีข้อจำกัด

“จนถึงตอนนี้ มีเพียงประมาณ 5 ประเภทของปฏิกิริยาที่นักวิจัยใช้กันอย่างแพร่หลาย” Eelkema กล่าว “ปฏิกิริยาเหล่านั้นมีข้อเสียสองประการ: อัตราการเกิดปฏิกิริยายากที่จะควบคุม และมีผลเฉพาะกับชุดโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจง”

ร่วมกับ Benjamin Klemm ผู้เขียนนำของการศึกษา ทั้งสองได้ค้นพบประเภทใหม่ของปฏิกิริยาที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปฏิกิริยานี้ทำงานกับสารที่หลากหลาย

“สิ่งสำคัญของวงจรปฏิกิริยาคือสามารถเปลี่ยนระหว่างอนุภาคที่ไม่มีประจุและอนุภาคที่มีประจุโดยการเพิ่มเชื้อเพลิงเคมี” Eelkema กล่าวต่อ “ซึ่งช่วยให้เราเปลี่ยนสารและดัดแปลงโครงสร้างของสารเหล่านั้น เนื่องจากประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน และประจุที่แตกต่างกันจะดึงดูดซึ่งกันและกัน ประเภทและปริมาณของเชื้อเพลิงกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา และดังนั้นระยะเวลาที่ประจุและโครงสร้างที่กำหนดไว้จะคงอยู่”

สิ่งหนึ่งที่ทีมงานทำคือการใช้วงจรปฏิกิริยาของตนเพื่อชาร์จเจลไฮโดรเจล ซึ่งทำให้ประจุผลักกันและเจลบวม

บทบาทในการสร้างโรบอทอ่อน

นักวิจัยระบุว่าวงจรปฏิกิริยาเคมีนี้สามารถมีบทบาทในการสร้างโรบอทอ่อน

“โรบอทอ่อนมีอยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น อนุภาคขนาดเล็กที่ควบคุมจากภายนอกผ่านสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า แต่สุดท้ายคุณจะต้องการให้โรบอทสามารถควบคุมตัวเอง: เพื่อดูว่าตัวเองอยู่ที่ไหนและเกิดอะไรขึ้น แล้วตอบสนองตามนั้น” Eelkema กล่าว “คุณสามารถเขียนโปรแกรมวงจรของเราไว้ในอนุภาคล่วงหน้า จากนั้นปล่อยให้มันทำงานโดยอิสระเมื่อมันพบสัญญาณที่จะทำเช่นนั้น”

Eelkema จะมองหาวิธีการเพิ่มการประมวลผลสัญญาณเข้าไปในกระบวนการ ซึ่งจะเชื่อมโยงกับสิ่งแวดล้อม

“ตัวอย่างเช่น อนุภาคโพลีเมอร์อาจมีส่วนประกอบบางส่วนของวงจรปฏิกิริยานี้” เขากล่าว “เมื่อมันพบส่วนสุดท้ายของปฏิกิริยา วงจรจะเสร็จสมบูรณ์ และทำหน้าที่เป็นสัญญาณให้สลายตัวหรือบวมขึ้น”

เซลล์ในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ขึ้นอยู่กับพลังงานในการทำงาน

“นั่นคือเหตุผลที่เราต้องกินอาหาร” Eelkema อธิบาย “การเชื่อมโยงพลังงานกับการทำงานเกิดขึ้นผ่านปฏิกิริยาเคมีและเป็นสิ่งที่กำหนดสิ่งมีชีวิต ทำให้เซลล์สามารถควบคุมเมื่อและที่ไหนที่โครงสร้างจะเกิดขึ้นหรือกระบวนการจะเกิดขึ้น โดยเฉพาะที่และเป็นเวลาจำกัด”

ในทางกลับกัน สารที่ไม่มีชีวิตสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีแหล่งจ่ายพลังงานและสามารถมีอยู่ตลอดไป เพิ่งมีการพัฒนากระบวนการที่ใช้เชื้อเพลิงเคมีขับเคลื่อนปฏิสัมพันธ์ในสารที่ไม่มีชีวิตเมื่อสิบปีก่อน

“เรานำกระบวนการนี้มาใช้ที่ดัลฟ์ต ร่วมกับสถานที่อื่นๆ และตั้งแต่นั้นมา สาขานี้ก็เติบโตอย่างรวดเร็ว” Eelkema สรุป