Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee ze chemische reacties nauwkeurig kunnen sturen met behulp van metaalionen. Een belangrijke stap richting computers die werken zoals het menselijk brein. Ze publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
Alle levende wezens kunnen reageren op hun omgeving door een aaneenschakeling van ingewikkelde chemische reacties. Deze informatieverwerking kost veel minder energie dan digitale computers. De onderliggende processen zijn dan ook compleet verschillend. Daarom zoeken onderzoekers al tientallen jaren naar een manier om de informatieverwerking uit de natuur na te maken met moleculen.
wiskundige functies
In dit onderzoek lukte het onderzoekers van de Universiteit Twente om wiskundige functies na te doen met metaalionen. Het ging hier om polynomialen zoals een rechte lijn en parabolen, maar ook logische Boolean functies die – afhankelijk van de input – verschillende uitkomsten geven.
Reacties met geheugen
De onderzoekers konden de chemische reacties zo programmeren dat ze niet alleen reageren op wat er op dat moment gebeurt, maar ook ‘onthouden’ wat er eerder is gebeurd. “We hebben een mogelijke bouwsteen voor intelligente systemen gevonden”, vertelt onderzoeker Albert Wong. Met metaalionen controleerden de onderzoekers de snelheid van zogenaamde autocatalytische reacties. Dat zijn scheikundige reacties die zichzelf versnellen.
Ze pasten deze techniek toe op het omzetten van het molecuul trypsinogeen naar trypsine. Door een stof toe te voegen die deze omzetting kan vertragen, maakten de onderzoekers een systeem dat in twee toestanden kan blijven hangen. Daarmee kan het systeem tijdelijk informatie opslaan en krijgt het een soort van geheugen.
Breincomputers
De ontdekking biedt nieuwe mogelijkheden om eenvoudige chemische netwerken te programmeren voor toepassingen in kunstmatige intelligentie en slimme materialen. Het onderzoek kan ook grote impact hebben op andere wetenschappelijke velden zoals nanobiotechnologie en onderzoek naar de chemische oorsprong van het leven.
Meer informatie
Dr. Ing. Albert Wong is universitair hoofddocent in de afdeling Molecules & Materials (MOLMAT; Faculteit TNW), en onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie en het BRAINS Center van de UT. Het werk is uitgevoerd in zijn lab, Chemical Reaction Networks (CRN), dat gespecialieerd is in het maken van functionele reactie netwerken.
Samen met onderzoekers Dmitrii Kriukov MSc en Prof. Dr. Ir. Jurriaan Huskens publiceerde hij dit onderzoek in een publicatie getiteld ‘Exploring the Programmability of Autocatalytic Chemical Reaction Networks’ in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications. Nature Communications is een open-acces tijdschrift op het gebied van natuurkunde, scheikunde, aardwetenschappen, geneeskunde en biologie. De publicatie is online te lezen.
