Avance en materiales no vivos — ScienceDaily

Investigadores del Laboratorio Eelkema han descubierto un nuevo proceso que utiliza combustible para controlar los materiales no vivos, de forma similar a lo que hacen las células vivas. El ciclo de reacción se puede aplicar fácilmente a una amplia gama de materiales y se puede controlar su velocidad, 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 detectar lo que sucede en su entorno y responder en consecuencia. Los químicos publicaron sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza el mes pasado.

El químico Rienk Eelkema y su grupo intentan imitar la naturaleza, específicamente las reacciones químicas en las células vivas que proporcionan el combustible para controlar la célula. La caja de herramientas de reacciones que impulsan los materiales no vivos de la misma manera es limitada, explica Eelkema. «Hasta ahora, solo hay unos cinco tipos de reacciones que los investigadores utilizan ampliamente. Esas reacciones tienen dos inconvenientes principales: su velocidad es difícil de controlar y solo funcionan en un conjunto específico de moléculas». Eelkema y el candidato a doctorado Benjamin Klemm, autor principal de la publicación, encontraron un nuevo tipo de reacción cuya velocidad se puede controlar de manera efectiva y que también funciona en una amplia gama de materiales.

Gel hinchante

«La esencia del ciclo de reacción es que puede cambiar entre una partícula sin carga y cargada al agregarle un combustible químico», explica Eelkema. “Esto nos permite cargar materiales y así modificar las estructuras de esos materiales, porque las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen. El tipo y la cantidad de combustible determina la velocidad de reacción y, por lo tanto, cuánto dura una carga y, por lo tanto, una carga determinada. la estructura existe». Los investigadores utilizaron su ciclo de reacción para cargar un hidrogel, por ejemplo, después de 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 suaves, como nuestra piel y tejidos, y pueden realizar funciones específicas. «Los robots blandos ya existen, 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. «Puedes 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».

El siguiente paso de Eelkema es vincular el proceso con el medio ambiente al agregarle procesamiento de señales: «Por ejemplo, una partícula de polímero podría contener algunos componentes de dicho ciclo. Cuando encuentra la última parte de la reacción, el ciclo se completa, sirviendo como una señal para desintegrarse o hincharse, por ejemplo».

La definición de vida

Las células de los seres humanos o de otros organismos necesitan energía para una variedad de funciones: moverse, sentir que algo está sucediendo o 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 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 durante un tiempo limitado”.

Por el contrario, los materiales no vivos pueden existir para siempre y funcionar sin un suministro de energía. Hasta hace una década, no había procesos que pudieran usar un combustible químico para impulsar interacciones en materiales no vivos. Eelkema: «Lo presentamos aquí en Delft, junto con algunos otros lugares, y desde entonces el campo se ha disparado».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Delft. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.

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