Na první pohled vypadá malá zkumavka s pár mililitry tekutiny, kterou drží Martin Pumera v ruce, jako špinavá voda. Jakmile s ní ale začne pohybovat nad magnetem, voda jako by se vyčistila a z našedlé hmoty vznikne zvláštní tvar: hejno, které se organicky přelévá tam, kde je právě magnet. Pumera má v nádobce mikroroboty z Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (VŠB-TUO). V pár mililitrech je jich asi deset miliard, každý z nich velký asi jako zrnko pylu. „Změna magnetického pole dokáže nanoroboty a mikroroboty velmi rychle navigovat,“ vysvětluje.
Pumera vede mezinárodní výzkumnou skupinu pokročilých robotických systémů na VŠB-TUO a také laboratoře budoucí energetiky a inovací na VUT v Brně. Patří mezi přední světové odborníky v nanorobotice a zaměřuje se na návrh inteligentních mikro- a nanorobotů pro biomedicínské i environmentální aplikace. Teď ukazuje, co se bude dít ve vesmíru v rámci experimentu Conrex, na němž se vedle ostravské univerzity podílí i brněnská firma TRL Space. Projekt propojuje nanorobotiku, biomedicínu, umělou inteligenci i kvantové výpočty.
Aby člověk takového robota vůbec viděl, musí se dívat skrz mikroskop. Teprve pak rozezná oválný tvar a obrysy: každý robot tvoří jakési prázdné očko a jejich určení je být přenašeči. V medicíně můžou přepravovat léčivé látky, projít s nimi malými strukturami v těle a uvolnit je přesně tam, kde zapůsobí nejlépe. V ekologii umí pomáhat rozkládat jinak odolné látky. Konkrétně biofilmy dokáží mechanicky narušovat a pomocí světlem řízených reakcí rozkládat bakteriální buňky. Jak to bude ve vesmíru – to se teprve ukáže. Nikdo zatím nanoroboty na oběžnou dráhu ani za ni nevysílal, a není tedy zcela jasné, co se s nimi stane.
Na Zemi je lze ovládat magnetem a vědci už sledovali jejich činnost v zařízení s cívkami, které vytvářejí řízené elektromagnetické pole. „Nyní jde ale o to, jak se budou chovat v mikrogravitaci. Budou ve stavu beztíže. Existují nějaké predikce, co se stane, ale ve vědě to často funguje tak, že realita je pak úplně jinde,“ říká Radek Martínek, profesor kybernetiky a děkan na VŠB-TUO a mimo jiné koordinátor pro vesmírný výzkum.
Cílem experimentu je otestovat magnetické nano- a mikroroboty pro odstraňování biofilmů v prostředí vesmíru. To jsou odolná společenství mikroorganismů obklopená vlastním ochranným matrixem a ukazují se jako výzva pro zdravotnictví, průmysl i systémy kosmických lodí. Na těch totiž dokáží tvořit jakousi „špínu“. V podmínkách mikrogravitace mají bakterie tendenci tvořit pevnější biofilmy, vykazovat vyšší virulenci a zvýšenou odolnost vůči antibiotikům, což představuje významné riziko pro zdraví astronautů i bezpečnost kosmických misí. Nano- a mikroroboti dokážou biofilmy mechanicky narušovat a pomocí světlem řízených reakcí rozkládat bakteriální buňky.
Zpětná vazba v reálném čase
Experiment má probíhat na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS), v zařízení ICE Cubes Facility (ICF). Je naplánovaný na českou vesmírnou misi s Alešem Svobodou. Vědci pro výzkum připraví malé experimentální kazety (mikrocely) s vodou, v níž se budou nacházet nanoroboti a biofilm. Svoboda pak bude kazety pravidelně umisťovat do zařízení s cívkami, které vytváří řízené elektromagnetické pole umožňující pohyb robotů. Někteří z nich budou navíc fotosenzitivní a aktivovat se budou pomocí LED diod.
Aby to bylo možné, museli vědci významně zmenšit zařízení, které magnetické pole vytváří. „Znamenalo to zmenšit zařízení velikosti malé ledničky a hmotnosti zhruba 25 kilogramů na velikost zhruba cubesatů nebo boxů, které se používají na Mezinárodní vesmírné stanici,“ říká Martínek. Cubesaty jsou satelity tvaru krychle o velikosti strany zhruba 10 centimetrů. Tým dokázal zařízení připravené do vesmíru odlehčit na necelý kilogram. „Byla to ta hlavní výzva,“ popisuje Martínek potřebu zmenšovat.
Experimenty budou automatizované a zaznamenané kamerou, takže ve vesmíru vyžadují relativně malý lidský zásah. Výsledky poletí přes satelitní spojení hned zpět na Zem, konkrétně na VŠB-TUO, kde budou vědci videa analyzovat a na základě výsledků upravovat algoritmy řídící činnost nanorobotů. „Chceme zpětnou vazbou upravovat magnetické pole v reálném čase,“ těší se Václav Havlíček z TRL Space.
S tím pomůže kvantový počítač v národním superpočítačovém centru v Ostravě, jeden z vůbec prvních kvantových počítačů v Evropě. Stroj s názvem VLQ disponuje 24 fyzickými qubity s unikátní hvězdicovou topologií, čímž zvyšuje efektivitu kvantových výpočtů. Podle předpokladů počítač pomůže s optimalizačním výpočtem nad daty vyslanými z vesmírné stanice – data analyzuje a zpět pošle taková, která pomohou vylepšit experiment. Jeho výkon zajistí rychlost zpracování informací, takže se můžou podmínky experimentu měnit téměř okamžitě a není potřeba čekat na další mise. „Využití kvantového výpočtu by mohlo zkrátit ladění experimentu z desítek dnů na jednotky hodin,“ předpokládá Pumera. Mimochodem, aby tento kvantový počítač mohl fungovat, jeho qubity musejí být udržovány v teplotě nižší než ve vesmíru (asi –273,14 °C).
Šance na využití vesmírného experimentu na zemském povrchu je velmi reálná. Tým vedený Pumerou už dříve prokázal účinnost magnetických mikrorobotů při odstraňování biofilmů bakterie E. coli v pozemských podmínkách a optimalizoval jejich syntézu, řízení pohybu i účinnost narušení biofilmu. Nanoroboti se uplatní v medicíně, kupříkladu při léčbě nádorových onemocnění, v průmyslu i ochraně životního prostředí, kde dokážou čistit například filtrační systémy. Nebo požírat mikroplasty.
První český astronaut poveze na ISS celkem 13 experimentů od českých univerzit a firem. Ty chtějí zkoumat například chování nádorů v mikrogravitaci nebo to, jestli můžou řasy pomoct s přežitím lidí na Marsu. Svoboda je astronautem v záložním týmu Evropské kosmické agentury, kromě toho ale letos v květnu vláda schválila jeho cestu do vesmíru prostřednictvím NASA. Zjednodušeně to znamená, že Česko chce astronautovi koupit „lístek“ na vesmírnou stanici v misi na ISS pořádané americkou NASA. Ta ještě vybírá firmu, která let zajistí, podle výsledků tohoto tendru bude znám termín i reálné možnosti pro Svobodu. Pokud plán vyjde, český astronaut by mohl letět do vesmíru ke konci roku 2027.
Let Svobody je součástí širšího vládního projektu Česká cesta do vesmíru, pod nějž spadá mimo jiné také studentský projekt LASAR, jehož cílem je pomocí laseru pomoct zbavit oběžnou dráhu „kosmického smetí“. Česká národní mise má přinést na ISS více domácích vědeckých experimentů než všechny předchozí mise dohromady.
- Chcete mít Lupu bez bannerů?
- Chcete dostávat speciální týdenní newsletter o zákulisí českého internetu?
- Chcete mít k dispozici strojové přepisy podcastů?
- Chcete získat slevu 1 000 Kč na jednu z našich konferencí?
Staňte se naším podporovatelem
