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. 

Matilda Backholm

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
Group of people posing indoors in two rows, some seated on stools, chalkboard behind

Living & Soft Matter

We develop new experimental and analytical tools to probe the dynamics and flow in mesoscale living, fluid, and soft systems. Our curiosity-driven research aims for discoveries in soft matter physics and at the interface between physics and biology.

Department of Applied Physics
  • Päivitetty:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Hymyilevä suorahiuksinen nainen vihreässä paidassa, sisällä kasvien edessä
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kvanttihypen anatomia

Väitöskirjatutkija Christa Schauman kertoo, miten Suomi ja Eurooppa pärjäävät kisassa, johon kaikki haluavat mukaan – palkinnon epävarmuudesta huolimatta.
Musta käsi koskettaa tabletin näyttöä, jossa on valkoisia muotoja. Paperit ja kynä ovat vaaleanpunaisella pinnalla.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ilmoittaudu tutkimuspalveluiden koulutuksiin – aiheina tekoäly, datanhallinta, avoin tiede ja paljon muuta

Koulutustarjonnassa on jälleen paljon uusia aiheita. Rekisteröityminen syksylle 2026 on avattu.
Gloria Mendoza-Franco väitteli ennakkoluuloista Aalto-yliopistolla 28. syyskuuta. Kuva: Matti Ahlgren, Aalto-yliopisto.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ennakkoluulot ovat monimutkaisempia kuin stereotypiat antavat ymmärtää

Sosiaalipsykologien teorian mukaan omaan ryhmään kuuluvat henkilöt sekä korkeasti arvostettuihin ja helposti lähestyttäviin ryhmiin liitetyt ihmiset herättävät katsojassa useammin ihailua tai kunnioitusta kuin vähemmän arvostettuihin tai etäisiksi arvioituihin ryhmiin kuuluvat ihmiset. Neurotieteen tutkijat selvittivät nyt yhdessä sosiaalipsykologien kanssa, että sosiaalisen ryhmän lisäksi myös ihmisen tunnetila ja etäisyys vaikuttavat katsojan tunnereaktioihin.
Suuri valkoinen satelliittiantenni geodeettisen kupolin sisällä, kolmioiksi jaetun vaalean katon alla
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metsähovin radio-observatoriossa tehdään musiikkia maailmankaikkeuden kanssa – äänitaide ja radioastronomia yhdistyvät ainutlaatuisella tavalla

Miltä aurinkokunnan muodostuminen kuulostaa? Aalto-yliopiston tutkijat lyöttäytyivät yhteen äänitaiteilijan kanssa ja päätyivät musisoimaan tuhansien valovuosien päässä olevan molekyylikaasupilven kanssa.