研究人員發現了在非生命材料中模擬生命的新工藝

代爾夫特理工大學的一組研究人員發現了一種新工藝，可以幫助在非生命材料（例如機器人）中模擬生命。新工藝依靠燃料以類似于活細胞的方式控制非生命材料。

該團隊表示，反應循環可以應用于多種材料。它的速度也可以控制，在這個新興領域開辟了許多機會。新的發展也可以在未來的軟體機器人中發揮重要作用，軟體機器可以感知它們的環境并做出適當的反應。

該團隊的研究結果發表在《自然通訊》上。

模擬活細胞中的化學反應

化學家 Rienk Eelkema 和他的團隊致力于模擬活細胞中的化學反應，這些化學反應提供控制細胞所需的燃料。這些反應以相同的方式驅動非生命材料，但它們是有限的。

“到目前為止，只有大約五種反應被研究人員廣泛使用，”Eelkema 說。“這些反應有兩個主要缺點：它們的速率很難控制，而且它們只對一組特定的分子起作用。”

與該研究的主要作者本杰明·克萊姆 (Benjamin Klemm) 一起，兩人發現了一種新型反應，其速率可以得到有效控制。該反應適用于多種材料。

“反應循環的本質是它可以通過向其中添加化學燃料在不帶電和帶電粒子之間切換，”Eelkema 繼續說道。“這使我們能夠改變材料，從而改變這些材料的結構，因為相同的電荷相互排斥，不同的電荷相互吸引。燃料的類型和數量決定了反應速率，因此決定了電荷的存在時間以及給定結構的存在時間。”

該團隊所做的其中一件事是使用他們的反應循環給水凝膠充電，這導致電荷相互排斥并導致凝膠膨脹。

在構建軟機器人中的作用

研究人員表示，化學反應循環可能在制造軟體機器人中發揮作用。

“軟機器人確實已經存在，例如通過磁場或電場從外部控制的微粒。但最終你會希望機器人能夠控制自己：自己看看它在哪里，發生了什么，然后做出相應的反應，”Eelkema 說。“你可以預先將我們的循環編程到一個粒子中，然后不管它，它一遇到信號就獨立執行它的功能。”

Eelkema 現在將尋求在流程中添加信號處理，這將把它與環境聯系起來。

“例如，聚合物顆?？赡馨@種循環的某些成分，”他說。“當它遇到反應的最后一部分時，循環就完成了，例如，作為分解或膨脹的信號。”

人類和其他生物體內的細胞依靠能量來發揮作用。

“這也是我們人類需要進食的原因，”Eelkema 解釋道。“能量與功能的聯系是通過化學反應發生的，這就是生物的定義。它使細胞能夠控制結構形成或過程發生的時間和地點，在本地和有限的時間內。”

另一方面，非生命材料可以在沒有能量供應的情況下發揮作用并永遠存在。直到十年前，才出現了可以使用化學燃料來驅動非生命材料相互作用的過程。

“我們在代爾夫特以及其他一些地方引入了它，從那時起，這個領域就爆炸了，”Eelkema 總結道。