Česká republika v rámci projektu Česká cesta do vesmíru připravuje misi astronauta Aleše Svobody na Mezinárodní kosmickou stanici (ISS). Její součástí bude také 13 experimentů českých výzkumných institucí, univerzit a technologických firem, které využijí unikátní podmínky mikrogravitace pro výzkum v oblasti medicíny, materiálových věd, biotechnologií a pokročilých technologií. V tomto seriálu vám je postupně představíme.
Jedním z experimentů, které poletí do vesmíru s druhým českým kosmonautem Alešem Svobodou, je i projekt CONREX (Czech orbital nanorobots experiment) probíhající ve spolupráci Vysoké školy Báňské — Technické univerzity Ostrava (VŠB-TUO) a průmyslového partnera TRL Space (Technology Readiness Level — úroveň připravenosti technologie). Cílem je testování autonomního systému magnetických nanorobotů při práci s biofilmy v mikrogravitaci.
VŠB-TUO se věnuje vesmírnému výzkumu dlouhodobě, zaměřuje se v něm zejména na propojování technologií, biomedicíny, radiačního měření, optimalizačních algoritmů, zpracování obrazu (image processing), umělé inteligence (AI) a nanorobotiky. Není proto divu, že se světově zcela ojedinělý projekt CONREX zrodil právě zde a spojil nejvýznamnější osobnosti oboru. Za Fakultu elektrotechniky a informatiky (FEI) VŠB-TUO se na něm podílí mezinárodní výzkumná skupina Advanced Nanorobots & Multiscale Robotic Lab pod vedením Martina Pumery a tým z Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství, jejž i jako hlavní řešitel vede děkan fakulty Radek Martinek. Podle jeho slov CONREX navazuje na předchozí výzkumy a vůbec poprvé je rozšiřuje do prostředí mikrogravitace.
„Jen díky tomuto výjimečnému interdisciplinárnímu spojení můžeme řešit projekt komplexně od návrhu elektroniky a řídicích systémů přes zpracování dat až po vývoj autonomních algoritmů. Na projektu spolupracují experti z více kateder a využíváme také specializované laboratoře, které umožňují testování a vývoj jednotlivých částí systému,“ říká Radek Martinek na úvod.
Klíčovým subjektem je však také brněnská společnost TRL Space, která komerčně vyrábí a dodává satelity a průzkumné sondy pro mise do vesmíru. Celý projekt by se tak dal „opticky“ rozdělit na tři samostatné pracovní části, které se spojují v jednom zařízení: v autonomně řízené laboratoři, modulu o velikosti 10 × 10 × 20 cm, v níž se bude nacházet mikroskop, cívky pro generování magnetického pole, nosič a posuvník destičky se vzorky, interní elektronika, motor, senzory a chladič s ventilátorem.
Tento modul pak bude spolu s dalšími experimenty umístěn na ISS v takzvaném inkubátoru, jenž poskytuje spojení se Zemí, napájení a stabilní teplotu.
Nanoroboti řízení kvantovým počítačem VLQ
Zcela unikátní experiment bude paralelně probíhat jak na ISS, tak i na totožném druhém zařízení v laboratoři zde na Zemi, aby bylo možné porovnávat výsledky z obou prostředí. Cílem je ověřit, jak efektivně dokážou v místě s téměř nulovou gravitací nanoroboti řízení za pomoci magnetického pole odstraňovat biofilmy vzniklé koloniemi bakterií.
Pro pochopení toho, proč je takový výzkum nutné přesunout do vesmíru, je třeba si uvědomit, že je to právě gravitace, která ovlivňuje proudění kapalin, růst biofilmů, a způsobuje tedy i usazování částic v nich.
„Experiment na ISS se zaměřuje na výzkum chování nanorobotů v mikrogravitaci a jejich interakci s perzistentními biofilmy, které způsobují infekce nebo zanášení filtračních systémů. Prostředí beztíže nám umožňuje sledovat jevy, které jsou na Zemi překryty působením gravitace. Výsledky přispějí nejen k rozvoji technologií pro budoucí kosmické mise, ale také k novým řešením v oblasti čištění vody a boji s antibiotickou rezistencí,“ vysvětluje smysl experimentu Martin Pumera a dodává, že nanoroboti umějí chemicky i mechanicky ničit bakteriální kolonie, které odolávají antibiotikům nebo je velmi obtížné je odstranit, například z pórů filtračních systémů. „Jsou velcí zhruba jako virus, můžeme je přesně řídit pomocí magnetického pole a zasahovat s nimi proti bakteriím i biofilmům v těžko dostupných místech,“ doplňuje.
(Kompletní článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)