Химический робот c дистанционным управлением

Чешские ученые работают над созданием химических роботов, крошечных искусственных элементов величиной с растительную клетку, помощь которых может обозначать значительный прорыв не только в области медицины.

Ведущим проекта CHOBOTIX является 35-летний доцент Франтишек Штепанек, выпускник кафедры химической инженерии в Праге, доктор наук Университета Пьера и Мари Кюри в Париже. После защиты диссертации ученый работал в Великобритании. В 2008 году, благодаря гранту Европейского исследовательского совета, Штепанек основал и возглавил в пражском Химико-технологическом институте Лабораторию роботехники. Одновременно перспективный чешский химик является консультантом крупных международных фирм, работающих в области химической и фармацевтической промышленности. В минувшие годы он стал обладателем ряда профессиональных наград.

Франтишек Штепанек

Выбор понятия «химический робот» Штепанек объясняет функциональностью предмета разработки своей научной группы, в которую входят ученые и аспиранты из Чехии, России, Румынии и Индии. «Робот» - поскольку речь идет об искусственных системах, призванных выполнять заранее определенные задачи, недоступные человеку. «Химический» - потому что они, эти системы, выделяют химические элементы, вступают в химические реакции и, таким образом, изменяют химическую среду, в которой действуют. Иными словами, работают они на химических, а не электромеханических принципах, как это происходит у обычных приборов. Каким же образом химический робот, размеры которого очень малы, от нескольких десятков до сотен микрометров, может помочь человечеству? Франтишек Штепанек:

«Во-первых, это может произойти при распространении активных веществ, например, лекарств. Представьте себе ситуацию, при которой достаточно агрессивный препарат необходимо в определенной концентрации доставить на конкретное место, не загрязняя окружающую ткань. То есть, обеспечение целенаправленного транспорта лекарств. Другая функция химического робота обладает противоположным свойством, она основана на принципе впитывания вещества. Третья задача – сенсорная, когда робот опадает в определенную среду для измерения и фиксации данных о концентрации того или иного вещества».

Химический робот в крови, визуализация

Передвижение химических роботов базируется на способности передвигаться по направлению к веществу определенной химической концентрации. Благодаря этому они будут способны либо найти источник загрязнения и уничтожить его, либо раковую опухоль в теле и способствовать процессу лечения, либо источник химического вещества. В какой-то степени напоминает культовый фильм «Матрица», скажите вы, и, может быть, в чем-то окажетесь правы. Определенную инспирацию «Матрицей» не отрицает и сам ученый. «Матрицей» было вдохновлено и название проекта?

«Полное наименование проекта: Chemical Processing by Swarm Robotics, Chobotix – это его сокращенное название. Нашей задачей является создание химических роботов, которые, образно говорят, будут существовать и выполнять свои функции в стае, как рыбы и пчелы. То есть, совершать совместные действия, ведущие к одной миссии, своего рода, коллективный интеллект. Вообще это – одноклеточные механизмы, элементы, размером в несколько десятков микрометров. У них округлая форма, внутри расположены вакуоли, внутренние резервуары с реагентами, или молекулы, принимающие участие в действиях химических роботов. Одновременно там бы происходил и процесс химических реакций».

Химический робот - клетка

Поверхность химического робота образована мембраной, которая регулирует обмен веществ между самим элементом и его средой. Внутри же робот, как и живая клетка, как это было сказано выше, содержит резервуары с химическими веществами. После того, как эти контейнеры вскрыты, эти химические вещества вступают в реакцию, и появляются новые, активные соединения, которые выделяются химическим роботом.

«Робот должен быть очень маленьким, чтобы мог передвигаться в потоке, скажем, физиологической жидкости. Одновременно ему необходимы рецепторы, распознающие специфический тип определенных клеток, ткани, характер поверхности».

Вещества на его поверхности позволяют роботу «припарковаться» там, где это необходимо. Например, на опухолевой клетке в метастазах. Понятно, что сила воздействия одного химического робота невелика. Однако их стая уже могла бы, например, в борьбе с раком оказать хорошую услугу. Спуск и завершение химической реакции, при которой возникает активное вещество, подобно обычному роботу, можно будет регулировать:

«Этот процесс можно напрограммировать по времени с помощью дистанционного управления, которое мы разрабатываем. В роботе находятся наночастицы, которые, под воздействием магнетического поля определенной частоты и интенсивности, быстро нагреваются, только локально, в теле самого робота. В итоге нарушается мембрана, и содержимое вакуоли освобождается. Процесс химической реакции начался», - поясняет доцент Франтишек Штепанек.