Il genio dell’evoluzione è raramente visto in azione, quindi la mano invisibile che guida la direzione dei sistemi biologici è spesso data per scontata. Tuttavia, applicando i principi della selezione naturale alle domande di ricerca e alla progettazione di robot per svolgere certi compiti, gli scienziati stanno creando le prime macchine evolutive del mondo.Sembra qualcosa di fantascientifico, ma grazie a questo approccio ci sono già benefici pratici. Progettare qualsiasi cosa, dai prodotti farmaceutici ai telefoni cellulari, richiede innumerevoli ore di prove ed errori di laboratorio, attraverso esperimenti, coniugazione di nuovi materiali, test e ottimizzazioni. Ma oggi un aiuto importante arriva dai sistemi robotici computazionali che applicano i principi dell’evoluzione al processo di scoperta dei materiali.
L’evoluzione è il cuore dello sviluppo dell’intero processo biologico e dell’intera complessità del nostro mondo, dunque un’ottimo riferimento per organizzare e immaginare la scienza dei materiali.
Come spiega Cronin, e altri suoi colleghi del progetto europeo EVOBLISSO, occorreva un processo per generare entità fisiche, metterle in un ambiente e vedere se vivevano o morivano. Così è stato progettato un robot modulare che mescola gocce di olio su una capsula di Petri, le sposta, registra il comportamento delle gocce e le condizioni iniziali che lo generano.
In questo modo, si sono isolate e selezionate le goccioline di determinati specifici materiali e se si comportavano nel modo desiderato “vivevano” e al contempo sopravvivevano le condizioni che le avevano generate, altrimenti morivano e il loro contesto (habitat) veniva scartato.
Grazie all’uso di computer “evolutivi” si stanno oggi esplorando i sistemi complessi. Alfonso Jaramillo, professore di biologia sintetica all’Università di Warwick, nel Regno Unito, con un approccio simile sta trovando nuove strategie per risolvere problemi biologici complessi come quello della lotta alla resistenza antimicrobica. Nel suo computer evolutivo, i batteri reali sono stati alterati per evitare che fossero infettati dai batteriofagi. Quando un batteriofago sconfigge le difese dei batteri, sopravvive. Ci sono quantità incalcolabili di interazioni molecolari che si verificano durante questo processo, ma, secondo Jaramillo, quando si innesca l’evoluzione, l’esito della reazione è prevedibile. Il calcolo avviene all’interno del virus stesso e dei dati memorizzati nel suo genoma.
Tornando al laboratorio dei materiali, la situazione è la stessa. I calcoli non vengono eseguiti su un computer ma fatti fisicamente nel robot, che li incorpora. Cronin dice che i dati memorizzati su un chip di silicio sono solo una rappresentazione della realtà, che il sistema computazionale invece ottimizza.
Blair Brettman, assistente professore alla Georgia Tech School of Material Science and Engineering, negli Stati Uniti, precedentemente ricercatore nell’industria, sostiene che grazie alla tecnologia computazionale evolutiva sarà possibile ridurre il lavoro umano ed esplorare il comportamento dei materiali complessi. Oggi, infatti, una delle maggiori difficoltà è prevedere come reagiranno le tante possibili combinazioni tra i differenti materiali commerciali, già oggi diffusamente miscelati in molte cose diverse.
Tra le principali sfide vi è quella di prevedere come un liquido e un solido, a contatto, si compenetrano. Più il materiale è complesso da manipolare, più ci sono variabili da misurare e più difficile è l’incremento di scala.
Questo è uno dei motivi per quale i ricercatori sono partiti dai materiali liquidi, ma concettualmente il problema si ripropone con qualsiasi altro materiale. Finora sono state progettate piattaforme per ottimizzare tre specifiche classi di materiali: i detergenti liquidi, i nano-ammassi d’oro che i contaminanti chimici rilevano e le nuove molecole organiche simili ai farmaci.
La Redazione