研究人员发现了在非生命材料中模拟生命的新工艺

代尔夫特理工大学的一组研究人员发现了一种新工艺，可以帮助在非生命材料（例如机器人）中模拟生命。新工艺依靠燃料以类似于活细胞的方式控制非生命材料。

该团队表示，反应循环可以应用于多种材料。它的速度也可以控制，在这个新兴领域开辟了许多机会。新的发展也可以在未来的软体机器人中发挥重要作用，软体机器可以感知它们的环境并做出适当的反应。

该团队的研究结果发表在《自然通讯》上。

模拟活细胞中的化学反应

化学家 Rienk Eelkema 和他的团队致力于模拟活细胞中的化学反应，这些化学反应提供控制细胞所需的燃料。这些反应以相同的方式驱动非生命材料，但它们是有限的。

“到目前为止，只有大约五种反应被研究人员广泛使用，”Eelkema 说。“这些反应有两个主要缺点：它们的速率很难控制，而且它们只对一组特定的分子起作用。”

与该研究的主要作者本杰明·克莱姆 (Benjamin Klemm) 一起，两人发现了一种新型反应，其速率可以得到有效控制。该反应适用于多种材料。

“反应循环的本质是它可以通过向其中添加化学燃料在不带电和带电粒子之间切换，”Eelkema 继续说道。“这使我们能够改变材料，从而改变这些材料的结构，因为相同的电荷相互排斥，不同的电荷相互吸引。燃料的类型和数量决定了反应速率，因此决定了电荷的存在时间以及给定结构的存在时间。”

该团队所做的其中一件事是使用他们的反应循环给水凝胶充电，这导致电荷相互排斥并导致凝胶膨胀。

在构建软机器人中的作用

研究人员表示，化学反应循环可能在制造软体机器人中发挥作用。

“软机器人确实已经存在，例如通过磁场或电场从外部控制的微粒。但最终你会希望机器人能够控制自己：自己看看它在哪里，发生了什么，然后做出相应的反应，”Eelkema 说。“你可以预先将我们的循环编程到一个粒子中，然后不管它，它一遇到信号就独立执行它的功能。”

Eelkema 现在将寻求在流程中添加信号处理，这将把它与环境联系起来。

“例如，聚合物颗粒可能包含这种循环的某些成分，”他说。“当它遇到反应的最后一部分时，循环就完成了，例如，作为分解或膨胀的信号。”

人类和其他生物体内的细胞依靠能量来发挥作用。

“这也是我们人类需要进食的原因，”Eelkema 解释道。“能量与功能的联系是通过化学反应发生的，这就是生物的定义。它使细胞能够控制结构形成或过程发生的时间和地点，在本地和有限的时间内。”

另一方面，非生命材料可以在没有能量供应的情况下发挥作用并永远存在。直到十年前，才出现了可以使用化学燃料来驱动非生命材料相互作用的过程。

“我们在代尔夫特以及其他一些地方引入了它，从那时起，这个领域就爆炸了，”Eelkema 总结道。