Un team di ricercatori della Delft University of Technology ha scoperto un nuovo processo che potrebbe aiutare a imitare la vita in materiali non viventi, come i robot. Il nuovo processo si basa sul combustibile per controllare i materiali non viventi in modo simile a quello che fanno le cellule viventi.
Il team afferma che il ciclo di reazione potrebbe essere applicato a un’ampia gamma di materiali. Il suo tasso può anche essere controllato, 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 il loro ambiente e rispondono in modo appropriato.
I risultati del team sono stati pubblicati su Nature Communications .
Imitando le reazioni chimiche nelle cellule viventi
Il chimico Rienk Eelkema e il suo team lavorano per imitare le reazioni chimiche nelle cellule viventi, che forniscono il carburante necessario per controllare la cellula. Queste reazioni guidano i materiali non viventi allo stesso modo, ma sono limitate.
“Fino ad ora, ci sono solo circa cinque tipi di reazione ampiamente utilizzati dai ricercatori”, afferma Eelkema. “Queste reazioni hanno due principali svantaggi: 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 passare da una particella scarica a una carica aggiungendovi un combustibile chimico”, continua Eelkema. “Questo ci permette di cambiare materiale e quindi modificare le strutture di quei materiali, perché cariche uguali si respingono e cariche diverse si attraggono. Il tipo e la quantità di combustibile determinano la velocità di reazione, e quindi per quanto tempo esiste una carica e quindi una data struttura”.
Una delle cose che il team ha fatto è stata usare il loro ciclo di reazione per caricare un idrogel, che ha provocato la repulsione reciproca delle cariche e il rigonfiamento del gel.
Ruolo nella costruzione di robot morbidi
I ricercatori affermano che il ciclo delle reazioni chimiche potrebbe svolgere un ruolo nella costruzione di robot morbidi.
“Esistono già robot morbidi, ad esempio microparticelle controllate dall’esterno attraverso campi magnetici o elettrici. Ma alla fine vorresti che un robot fosse in grado di controllarsi: vedere di persona dove si trova e cosa sta succedendo e quindi rispondere di conseguenza”, afferma Eelkema. “Puoi programmare il nostro ciclo in una particella in anticipo, quindi lasciarlo da solo, e svolge la sua funzione in modo indipendente non appena incontra un segnale per farlo.”
Eelkema cercherà ora di aggiungere l’elaborazione del segnale al processo, che lo collegherà all’ambiente.
“Ad esempio, una particella polimerica potrebbe contenere alcuni componenti di un tale ciclo”, afferma. “Quando incontra l’ultima parte della reazione, il ciclo è completato, servendo come segnale per disintegrarsi o gonfiarsi, per esempio.”
Le cellule negli esseri umani e in altri organismi dipendono dall’energia per funzionare.
“Questo è anche il motivo per cui noi umani abbiamo bisogno di mangiare”, spiega Eelkema. “Quel legame tra energia e funzione avviene attraverso reazioni chimiche ed è ciò che definisce gli esseri viventi. Consente alle cellule di controllare quando e dove si formano le strutture o avvengono i processi, localmente e per un tempo limitato».
D’altra parte, il materiale non vivente può funzionare senza un approvvigionamento energetico ed esistere per sempre. Solo dieci anni fa esistevano processi che potevano utilizzare un combustibile chimico per guidare le interazioni in materiali non viventi.
“L’abbiamo introdotto qui a Delft, insieme a pochi altri posti, e da allora il campo è esploso”, ha concluso Eelkema.
Alex McFarland da Unite.ai
