Uutiset

Pienet eliöt, suuret löydökset: Parveilevasta katkaravusta haetaan oppia uuden aallon robotiikkaan

Matilda Backholm pyrkii määrittämään monimutkaisen liikkumiskäyttäytyminen omaavan suolakatkaravun fysiikkaa. Löydösten avulla voidaan kehittää esimerkiksi ”nieltävää kirurgiaa”.
Assistant Professor Matilda Backholm looks at shrimp via a screen connected to a microscope.
Apulaisprofessori Matilda Backholm on saanut 1,5 miljoonan euron stipendin Euroopan tutkimusneuvostolta mesoskooppisten katkarapujen hydrodynamiikan tutkimukseen. Kuva: Gavin Pugh/Aalto-yliopisto

Apulaisprofessori Matilda Backholm ei osannut odottaa, että lasinpuhalluksesta tulisi osa hänen varhaista väitöskirjatyötään. Omien työkalujen valmistaminen osoittautui kuitenkin parhaaksi vaihtoehdoksi, kun hän pyrki löytämään herkemmän tavan mitata, miten nämä pienet eliöt uivat. Näin valmistui Backholmin kehittämä ainutlaatuinen lasinen mikropipettivoima-anturi.

Backholm paitsi opetteli käyttämään tätä mikropipettivoima-anturiaan, hän myös laajentaa nyt tekniikkaansa paljastamaan suolakatkaravun ja sen parvien monimutkaisia uintikuvioita.

Vain yhden millimetrin mittaiset suolakatkaravut asettuvat Backholmin uusimmassa tutkimuksessa mikro- ja makroskooppisten organismien välimaastoon, jota hän kutsuu mesoskaalaksi. Pienen koon ei kuitenkaan kannata antaa hämätä - näiden mesoskooppisten katkarapujen uintikäyttäytymisellä voi olla lupaavia sovelluksia tuoreella mesorobotiikan alalla.

Euroopan tutkimusneuvosto ERC kertoi 5. syyskuuta, että se myöntää Backholmille erittäin tavoitellun, 1,5 miljoonan euron aloitusapurahan. Backholm on innoissaan tutkimuksen aloittamisesta. 

"On suorastaan ylellistä, että voimme viisivuotisessa hankkeessamme keskittyä vain tieteen korkealaatuisuuteen. Tutkimuksemme tavoitteena on loppujen lopuksi ymmärtää fysiikkaa, ja nautin suuresti tällaisesta uteliaisuuteen pohjaavasta tieteestä, jossa pääsemme alan suurten kysymysten äärelle”, Backholm toteaa. 

Suuret kysymykset

Miten suolakatkaravut liikkuvat monimutkaisissa mesoskaalan järjestelmissä? Miten järjestelmän hydrodynamiikka muuttuu, kun katkarapupari ui lähellä toisiaan? Entä katkarapuparvi? Muun muassa näihin kysymyksiin Backholm pyrkii vastaamaan kokeellisessa tutkimuksessaan.

Mikroskooppiset eliöt ovat viskositeettipainotteisia uimareita, kun makroskooppiset taas uivat massavoiman avulla. Backholmin tutkimuskohteena olevat suolakatkaravut sijoittuvat jonnekin näiden välille. Hänen mukaansa suolakatkarapujen liikkeen mittaaminen on kuitenkin hankalaa, koska se on ajasta riippuvaista ja epäjohdonmukaista.

Suunnitelma katkarapujen tutkimiseen on seuraava: Backholm ottaa katkaravun kiinni mikropipettivoima-anturin kärjellä. Se on joustava ja ontto lasineula, joka käyttää imua kohteen taltuttamiseen. Mikropipetin asento analysoidaan sitten mikroskoopilla, ja uivan katkaravun aiheuttaman pienen liikkeen perusteella Backholm pystyy määrittämään liikkeeseen käytetyn voiman. Hän tekee tämän sekä yksittäisille katkaravuille että jopa seitsemän katkaravun ryhmille.

Kun Backholm tarkastelee katkarapujen uintitapaa sekä yksittäin että parviolosuhteissa, hänen tutkimuksensa tuo tarpeellista lisätietoa näiden ainutlaatuisen kokoisten organismien tutkimuksen vielä hyvin rajalliseen tietopankkiin. 

Tutkimuksesta roboteiksi

Lyhyellä aikavälillä Backholmin havainnot viitoittavat tietä mesokokoisten eliöiden jatkotutkimukselle, joka on elävän aineen fysiikan toistaiseksi tutkimaton osa-alue. Pitkällä aikavälillä tulokset kuitenkin voivat tarjota mullistavaa tietoa biolääketieteellisissä sovelluksissa käytettävien mesorobottiparvien rakentamiseksi. Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi niin sanottua "nieltävää kirurgiaa".

"Nämä katkaravut ovat hyvin pitkän ajan kuluessa kehittyneet uimaan omalla tavallaan. Sen sijaan, että aloittaisimme tyhjästä, voimme itse asiassa oppia luonnosta. Jos haluamme rakentaa pienen, monista roboteista koostuvan parven, suolakatkaravun uintikuvio, uintitiheys ja liiketyyppi voivat antaa meille tietoa siitä, miten voimme tehdä roboteista mahdollisimman tehokkaita”, Backholm sanoo. 

Mesoskooppiset robottiparvet voivat kuulostaa aivan scifiltä, ja tällaisen teknologian toteuttaminen onkin vielä kaukana tulevaisuudessa. Backholmin mukaan vapaus tehdä tällaista perustutkimusta on edellytys kyseiselle kehitykselle.

"Voidaksemme valmistaa jotakin keinotekoisesti itse meidän on ensin tehtävä tarvittava taustatyö. Tämän hankkeen tarkoituksena on tieteellisen huippuosaamisen saavuttaminen. Ja siihen me keskitymme”, Backholm toteaa. 

Professor Matilda Backholm facing the camera

Kasvien mikrojuurten tutkimuksella etsitään keinoja runsaampiin ja kestävämpiin satoihin

Merkittävän rahoituksen saaneesta tutkimuksesta toivotaan keinoja ilmastonmuutoksen vastaiseen taisteluun muun muassa eroosion ehkäisemisessä ja ruokaturvan parantamisessa.

Uutiset
Living Matter group picture

Living Matter

We are a group of physicists, biologists, engineers, and chemists working with big questions at the interface between physics and biology. We develop our own experimental and analytical tools to probe the dynamics and flow in soft, living, and fluid materials.

Department of Applied Physics
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Jokimaisema, jossa taustalla aavikkoa. Välissä kulkee tie, jossa ajaa rekka-auto.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkimus: Ihmisen toiminta ajanut maapallon makean veden kierron pois tasapainosta

Ihmisen toiminta on muokannut rajusti makean veden kiertokulkua maailmanlaajuisesti esiteolliseen aikaan verrattuna.
Lara Ejtehadian, Patrick Rinke, and Ilari Lähteenmäki sitting with coffee mugs and smiling to the camera.
Palkinnot ja tunnustukset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopiston avoimen tieteen palkinnon 2023 voittaja – Aalto Materials Digitalization Platform (AMAD)

Haastattelimme Aallon ensimmäisen avoimen tieteen palkinnon voittajia AMAD-tiimistä.
People at the campus
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

CESAER Task Force Openness of Science and Technology vierailee Aallossa

Aalto-yliopisto järjestää CESAER Task Force Openness of Science and Technologyn tapaamisen 16.–17.4.2024.
Kesäinen Otaniemen rantanäkymä, jossa Aalto-yliopiston logo ja tapahtuman nimi sekä VTT:n ja Avoimen tieteen logot.
Kampus, Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 järjestetään Aalto-yliopistossa

Aalto-yliopisto järjestää Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 yhdessä Avoimen tieteen ja tutkimuksen kansallisen koordinaation ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa.