С(Ц)ИЕСТА СО ПАНЧЕ НАУМОВ: Лабораторија „паметно“ инспирирана од природата

Кои ви се најфасцинантните карактеристики на живите суштества? Одењето на гуштерите по ѕид со неверојатна брзина? Секавичното затворање на месојадните растенија кои ги уловуваат инсектите штом ќе стапнат на нив? Менувањето на бојата на камелеонот со цел да се претопи во околината и да остане незабележан? Замислете сега материјали создадени во лабораторија кои ќе се однесуваат исто така. За поголемиот дел од нас ова останува само во фантазијата, меѓутоа постојат луѓе, научници, кои се посветени и професионално работат за тоа да стане реалност.

Д-р Панче Наумов е професор на Универзитетот Њујорк, огранок во Абу Даби, и истражувач од областа на науката на материјалите, кој води своја лабораторија во рамки на универзитетот. Откако дипломирал хемија на УКИМ, па докторирал на Институтот за Технологија во Токио и работел на Универзитетите во Осака и Кјото, веќе девет години е стациониран во Обединетите Арапски Емирати, каде што оваа година ја добил и почесната „златна виза“, која тамошната влада ја доделува како специјален статус на истакнати научници, уметници, бизнисмени и други професионалци, кои на некој начин придонеле за државата. Воедно тој е и член на Академијата на науките на ОАЕ и еден од нејзините основачи.

Паметни и биомиметички материјали

Хемијата е наука што или ја сакате или ја мразите – вели Панче и веројатно додека го читате ова во себе си кимнувате, без разлика дали спаѓате во првата или во втората група. Како човек кој од дете имал порив да разбере како се случуваат и како се менуваат работите околу него, Панче целиот живот се занимава со хемија, но како истражувач на полето на науката за материјали вели дека не може да се идентификува како чист хемичар. Оваа наука е поле кое обединува хемичари, физичари, инженери и математичари со цел заеднички да работат на нови материјали коишто ќе имаат конкретна примена. „Во денешно време, за разлика од порано, науката престанува да биде наука заради наука. Порано научниците правеле истражувања за да ја проучуваат природата, а денес нивните истражувања се фокусирани на решавање на конкретен проблем“, вели Панче и почнува да објаснува што всушност прават тие.

Паметни материјали се материјали направени така што можат да одговорат на некаков надворешен стимул на контролиран начин. Начинот на кој одговараат, односно реагираат, може да се предвиди, да се контролира и да се моделира и, во крајна линија, може да има некаква примена. Сите знаеме за паметните екрани, кои се всушност комбинација од повеќе функции во самиот материјал. Во инженерството, на пример, имате еден инструмент кој добива некаков сигнал, го преработува и дава некаков одговор на тоа. Паметниот материјал, пак, е единствен материјал што ги содржи сите тие компоненти во себе – тој го прима сигналот, ја преработува информацијата и самиот дава одговор.

Меѓу биомиметичките (инспирирани од природата) и паметните материјали постои пресек, но не и целосно преклопување, што значи дека некои паметни материјали се и биомиметички, но не се сите. Научниците во лабораторијата на Панче ги истражуваат природните принципи што преку еволуција се создале во природата, а во лабораторијата прават материјали во кои ќе ги внесат тие принципи од природниот процес за да создадат материјали кои ќе се однесуваат на контролиран начин. На пример, мовта која се витка кога е на суво жртвувајќи ги надворешните ливчиња, за кога ќе се најде во влажна средина повторно да се рашири, била инспирација да се создаде материјал што го прави истото тоа: на суво се склопчува, а во вода се отвора. Или по урнек на еден вид семе кое под дејство на влагата се витка како сврдел и се вклопува во земјата за да из’рти, направен е материјал што се витка под дејство на влага и може да се вкопа притоа користејќи само влага од воздухот. Овој материјал, на пример, може да се искористи за автономно движење на т.н. меки роботи или да најде некои намени во земјоделството или во воената индустрија.

Паметни материјали за сите?

Во однос на практиката на патентирање на паметните и/или биомиметичките материјали што ги откриле, Панче вели дека сè зависи од тоа дали материјалот има добра и конкретна примена во одреден домен. Ако има таква примена, се патентира. Во универзитетските кругови постои дилемата дали пронајдокот да се заштити или да се објави и да се добие некакво унапредување, зависно од тоа во која фаза од кариерата е некој истражувач. Материјалите кои имале тесна примена во некоја област од лабораторијата на Панче се патентирани, додека тие што беа наведени погоре се објавени во врвни списанија од полето на хемијата и науката за материјалите. На пример, истражувањата на материјалот што може да се движи со помош на влага се објавени во списанието „Nature communications“ во 2015 година и се достапни за јавноста.

Сепак, во врска со објавувањето се отвора една интересна научна тема, а тоа е колку науката што ја создаваат денешните научници може да се репродуцира. „Многу сакам да читам постара литература, затоа што тогаш луѓето биле многу искрени во поглед на објавувањето на тоа што го работеле. Објавувале што успевале да направат, но и што и колку не успевале. За жал, научниците денес се во трка да обезбедат спонзорство за нивните истражувања и понекогаш не ги опишуваат деталите што се неопходни за некое истражување да може целосно да се репродуцира“, вели Панче. Тој објаснува дека иако при објавувањето на трудовите се објаснува во детали како бил изведен експериментот, постојат многу работи кои се сметаат за општопознати во фелата, и токму тие премолчени информации (како, на пример, колку време нешто треба да се загрее) понекогаш може да се суштински важни за репродуцибилноста на експериментот. Производството на паметни материјали е како следење на рецепт, а сите знаеме дека рецептите најчесто не успеваат токму поради некажаните работи или оние што се должат на искуство.

Пред да скокнеш, двапати симулирај оп

Симулациите се многу важен дел од создавањето биомиметички материјали и Панче кажува дека како лабораторија, тие соработуваат со други истражувачки групи што работат на компјутерски симулации. Сепак, она што им е најважно е колку што е можно повеќе да го разберат природниот феномен преку експеримент, а потоа да го моделираат со симулација за да видат кои се факторите што имаат влијание. „Ние работиме со луѓе што прават симулации, но проблемот е што тие обично имаат одредено поле на интерес и тешко излегуваат од него. За среќа, во областа на хемијата имаме огромни бази на податоци каде што овие експериментални емпириски наоди се складираат: структури, органски и неоргански материјали, спектри... каде што експертите од областа на компјутерските науки имаат поголем интерес да го тестираат својот софтвер врз основа на овие податоци отколку реално да ни помогнат нам“, одговори Панче на прашање од публиката за време на дискусијата.

А веднаш потоа дојде и следното прашање: од каде се црпи инспирацијата за создавање на материјалите? Панче е човек кој во своите најрани години растел на село, каде што до петтата година научил многу за природата и смета дека оттогаш му се развила љубопитноста за тоа како сè наоколу функционира и како се менува. Така, самиот тој вели дека инспирацијата ја црпи од своето емпириско познавање на природните системи и феномени, додека останатите што не се толку блиски со природата, а работат на ова, инспирација црпат онаму од каде што денес сите за нешто се инспирираме – од интернет. „Природата имала милиони години да еволуира и да усоврши одреден систем. Тоа што ние треба да го направиме е само да го увидиме принципот на којшто функционира тој систем, да го проучиме и да најдеме начин да го репродуцираме во лабораторија“, смета тој.

Коронавирусот, вакцината и стабилизацијата

Пред неколку години Панче и неговиот тим работеле на стабилизација на нестабилни вакцини и објавиле труд на таа тема. Од аспект на актуелната пандемија со коронавирусот SARS-CoV–2, чиј крај се надеваме дека ќе се наѕре кога човештвото ќе ја пронајде вакцината, сега неговата група работи на развивање методи за стабилизација на идната вакцина.

Глобален проблем со вакцините е што околу половина вакцини во светот се расипуваат пред да стигнат до примателите. Станува збор за супстанци што се термички неотпорни, кои мораат да се транспортираат со т.н. ладен синџир (разладување на вакцината од местото на производство до местото на употреба), а тоа за некои земји е навистина скапо и не можат да си го дозволат. Кога вакцините ќе постојат одредено време надвор од фрижидер, дури и на собна температура, се распаѓаат и стануваат неефикасни. „Тоа што ние сакавме да го постигнеме во нашето истражување беше да ги стабилизираме вакцините за да бидат термички отпорни без ладење, така што би биле евтини и достапни за сите во цел свет, дури и во посиромашни држави и места што се оддалечени од големите градови. Идејата ни беше многу едноставна: вакцините хемиски да се инкорпорираат во некаква матрица, во некаков хемиски материјал што ќе ги стабилизира термички. Поради строгите мерки на безбедност што се потребни при работа со човечки вируси, работевме со два растителни вируса како модели и докажавме дека едниот вирус навистина може да се стабилизира термички и да се донесе до местото каде што ќе треба да се употреби“, вели Панче, кој смета дека истото тоа може да се направи и со останатите вакцини.

Овој концепт сега се развива за да опфати околу пет човечки вакцини, а во иднина слично истражување ќе се направи и на новите вакцини за КОВИД-19. Иако тој не е вирусолог и во ОЕА, каде што работи и живее, научниците воопшто немаат дозвола да работат со живи вируси кои се патогени за луѓето, сепак дел од неговиот тим и понатаму работи на проблемот на стабилизација на вакцините. Нивниот стремеж е кога ќе биде откриена вакцината за КОВИД-19 да може таа да биде достапна за сите, во целиот свет – и во најруралните и во најтоплите предели, и во форма што лесно може да се користи. На пример, како таблета.

Дискусијата ја водеше Никола Стиков, а во неа учествуваа: Кирил Гаштеовски, Илина Јакимовска, Илија Дуковски, Дане Митрев, Борис Димов, Кирил Зеленковски и Горан Купенков.