Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft ha descubierto un nuevo proceso que podría ayudar a imitar la vida en materiales no vivos, como los robots. El nuevo proceso se basa en el combustible para controlar los materiales no vivos de manera similar a como lo hacen las células vivas.
El equipo dice que el ciclo de reacción podría aplicarse a una amplia gama de materiales. Su tasa también se puede controlar, abriendo muchas oportunidades en este campo emergente. El nuevo desarrollo también podría desempeñar un papel importante en la futura robótica blanda, con máquinas blandas que detectan su entorno y responden adecuadamente.
Los hallazgos del equipo fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza.
Imitando reacciones químicas en células vivas
El químico Rienk Eelkema y su equipo trabajan para imitar las reacciones químicas en las células vivas, que proporcionan el combustible necesario para controlar la célula. Estas reacciones impulsan los materiales no vivos de la misma manera, pero son limitadas.
«Hasta ahora, solo hay unos cinco tipos de reacciones que los investigadores utilizan ampliamente», dice Eelkema. “Esas reacciones tienen dos inconvenientes principales: su velocidad es difícil de controlar y solo funcionan en un conjunto específico de moléculas”.
Junto con Benjamin Klemm, autor principal del estudio, la pareja descubrió un nuevo tipo de reacción cuya velocidad se puede controlar de manera efectiva. Esta reacción funciona en una amplia gama de materiales.
“La esencia del ciclo de reacción es que puede cambiar entre una partícula sin carga y cargada al agregarle un combustible químico”, continúa Eelkema. “Esto nos permite cambiar de material y así modificar las estructuras de esos materiales, porque cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen. El tipo y la cantidad de combustible determina la velocidad de reacción y, por lo tanto, cuánto tiempo existe una carga y, por lo tanto, una estructura determinada”.
Una de las cosas que hizo el equipo fue usar su ciclo de reacción para cargar un hidrogel, lo que resultó en que las cargas se repelieran entre sí y el gel se hinchara.
Papel en la construcción de robots blandos
Los investigadores dicen que el ciclo de reacciones químicas podría desempeñar un papel en la construcción de robots blandos.
“Ya existen robots blandos, por ejemplo micropartículas controladas externamente a través de campos magnéticos o eléctricos. Pero, en última instancia, desearía que un robot pudiera controlarse a sí mismo: ver por sí mismo dónde está y qué está sucediendo y luego responder en consecuencia”, dice Eelkema. «Puede programar nuestro ciclo en una partícula por adelantado, luego dejarlo solo, y realiza su función de forma independiente tan pronto como encuentra una señal para hacerlo».
Eelkema ahora buscará agregar procesamiento de señales al proceso, lo que lo vinculará con el medio ambiente.
“Por ejemplo, una partícula de polímero podría contener algunos componentes de dicho ciclo”, dice. “Cuando se encuentra con la última parte de la reacción, el ciclo se completa, sirviendo como una señal para desintegrarse o hincharse, por ejemplo”.
Las células de los seres humanos y otros organismos dependen de la energía para funcionar.
“Esa es también la razón por la que los humanos necesitamos comer”, explica Eelkema. “Esa vinculación de la energía con la función se da a través de reacciones químicas y es lo que define a los seres vivos. Permite que las células controlen cuándo y dónde se forman las estructuras o se llevan a cabo los procesos, localmente y por un tiempo limitado”.
Por otro lado, el material no vivo puede funcionar sin un suministro de energía y existir para siempre. No fue hasta hace diez años que existieron procesos que podían usar un combustible químico para impulsar interacciones en materiales no vivos.
“Lo presentamos aquí en Delft, junto con algunos otros lugares, y desde entonces el campo se ha disparado”, concluyó Eelkema.