Imitar la vida: un avance en los materiales no vivos
Los investigadores han descubierto un nuevo proceso que utiliza el combustible para controlar los materiales no vivos, de forma similar a como lo hacen las células vivas
El ciclo de reacción puede aplicarse fácilmente a una amplia gama de materiales y su velocidad puede controlarse, lo que supone un gran avance en el campo emergente de este tipo de reacciones. El descubrimiento es un paso hacia la robótica blanda, máquinas blandas que pueden percibir lo que ocurre en su entorno y responder en consecuencia. Los químicos publicaron sus hallazgos en Nature Communications el mes pasado.
Serie fotográfica de lapso de tiempo de un hidrogel al que se le ha añadido combustible (fila central) comparado con un hidrogel de control al que no se le ha añadido nada (fila superior), durante un periodo de tres semanas (504 horas). La fila inferior muestra un hidrogel que cambia de forma de forma independiente cuando se añaden dos tipos diferentes de combustible.
TU Delft
El químico Rienk Eelkema y su grupo intentan imitar la naturaleza, concretamente las reacciones químicas de las células vivas que proporcionan el combustible para controlar la célula. Eelkema explica que el conjunto de reacciones que impulsan los materiales no vivos de la misma manera es limitado. "Hasta ahora, sólo hay unos cinco tipos de reacciones que son ampliamente utilizadas por los investigadores. Esas reacciones tienen dos grandes inconvenientes: su velocidad es difícil de controlar y sólo funcionan con un conjunto específico de moléculas". Eelkema y el candidato al doctorado Benjamin Klemm, autor principal de la publicación, encontraron un nuevo tipo de reacción cuya velocidad puede controlarse eficazmente y que además funciona en una amplia gama de materiales.
Gel hinchable
"La esencia del ciclo de reacción es que puede cambiar entre una partícula sin carga y otra cargada añadiéndole un combustible químico", explica Eelkema. "Esto nos permite cargar los materiales y, por tanto, modificar sus estructuras, ya que las cargas iguales se repelen y las diferentes se atraen. El tipo y la cantidad de combustible determinan la velocidad de reacción y, por lo tanto, el tiempo de existencia de una carga y, por ende, de una estructura determinada." Los investigadores utilizaron su ciclo de reacción para cargar un hidrogel, por ejemplo, tras lo cual las cargas se repelieron entre sí y el gel comenzó a hincharse.
Robots blandos
El ciclo de reacciones químicas podría ser útil para construir robots blandos: pequeños dispositivos que son físicamente blandos, como nuestra piel y tejidos, y que pueden realizar funciones específicas. "Ya existen robots blandos, por ejemplo micropartículas controladas externamente mediante campos magnéticos o eléctricos. Pero, en última instancia, lo que se quiere es que un robot sea capaz de controlarse a sí mismo: que vea por sí mismo dónde está y qué ocurre y que responda en consecuencia", dice Eelkema. "Puedes programar nuestro ciclo en una partícula de antemano, luego dejarla sola y que realice su función de forma independiente en cuanto encuentre una señal para hacerlo".
El siguiente paso de Eelkema es vincular el proceso al entorno añadiéndole el procesamiento de señales: "Por ejemplo, una partícula de polímero podría contener algunos componentes de ese ciclo. Cuando se encuentra con la última parte de la reacción, el ciclo se completa, sirviendo de señal para desintegrarse o hincharse, por ejemplo".
La definición de vida
Las células de los seres humanos u otros organismos necesitan energía para diversas funciones: para moverse, para percibir que algo ocurre o para dividirse. "Esta es también la razón por la que los humanos necesitamos comer", explica Eelkema. "Esa vinculación de la energía con la función tiene lugar mediante reacciones químicas y es lo que define a los seres vivos. Permite a las células controlar cuándo y dónde se forman las estructuras o tienen lugar los procesos, localmente y durante un tiempo limitado."
En cambio, los materiales no vivos pueden existir eternamente y funcionar sin un suministro de energía. Hasta hace una década, no existían procesos que pudieran utilizar un combustible químico para impulsar las interacciones en los materiales no vivos. Eelkema: "Lo introdujimos aquí en Delft, junto con algunos otros lugares, y desde entonces el campo ha explotado".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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