Nanoroboti, jak je známe z filmů, se pohybují v hejnu, čile se množí a čeho se dotknou, to zdemolují. Pak musí přijít superhrdina, aby před nenažraným oblakem mikroskopických strojů zachránil lidstvo. Ve skutečnosti je to spíš naopak. Nanoroboti chrání nás. Pomáhají s operacemi, léčbou rakoviny, a dokonce umí z vody vysát odpadní látky včetně mikroplastů a zbytků léčiv či drog.
Martin Pumera by si možná vskrytu duše přál, aby technologie byla na úrovni, kde by nanoroboti mohli sami plnit mise. Šílený vědec to však rozhodně není. V současnosti profesor vede výzkumný tým na CEITECu pod VUT v Brně. Na žebříčku nejcitovanějších vědců světa se umístil na 203. místě a jeho roboti umí třeba požírat nádory.
Fanouškem nanorobotů se stal, už když před třiceti lety hltal sci-fi literaturu. „Z filmu jsem měl třeba inspiraci na létající nanoroboty, co děláme s kolegou, který žije v Číně. Ostatní vědci se na mě koukali jako na blázna,“ říká. V časopise Nature Nanotechnology vyšla při vzniku oboru nanotechnologie negativní definice, že nové pole výzkumu rozhodně nejsou nanoroboti ze světa sci-fi. První prototyp robota však vznikl o pět let později. Vynálezy z filmů minulého století se totiž stávají realitou, příkladem budiž Fantastická cesta, v níž krásná Raquel Welch na palubě mikroponorky zachraňuje život nemocnému miliardáři.
Mikroroboti místo skalpelu
Posádku současné přístroje sice nemají, ale jsou jako doktoři o velikosti molekuly. Roboti ze švýcarské dílny se navádí rotujícím magnetickým polem a operují oko s chirurgickou přesností. Zavrtají se kamkoliv, kde je problém, a opraví ho. Ve srovnání s jejich šetrným zacházením za sebou skalpel zanechává paseku. V Americe mají mikroroboty, kteří po spolknutí hledají rakovinu v žaludku. Když podle teploty nádor detekují, „zakousnou se do něj“ a lékaři je magnetem vytáhnou ven i se vzorkem. Hejno Martina Pumery umí pro změnu vniknout do nejmenších zubních kanálků a vyčistit v ústní dutině každou škvíru.
Blízcí příbuzní lékařských robotů budou pracovat venku, pojídat mikroplasty či opylovat květy. Základ budoucích létajících robůtků představují částečky, které se běžně ve vzduchu vznáší. „Používáme pylová zrnka a naši technologii, abychom vytvořili kyborgy. Výhoda je, že pylu můžete mít kila a je ekologicky procesovatelný. Dají se do něj vložit různé materiály, pokud chcete mít mikrorobota, který je někam doveze,“ vysvětluje Pumera. V případě pylu, který už dnes umí plavat, největší část práce odvede příroda. Hotové zrnko stačí lehce modifikovat na povrchu a dodat mu pohon. „Pak nepotřebujete včely,“ tvrdí profesor.
Pohyb
„Základem robota je pohyb, jinak je to jen statická částice. Já tomu říkám motor a jeho konstrukci upravuji podle prostředí,“ vysvětluje vědec. Stejně jako se liší raketa, stroj na lakování aut a pračka, i tito roboti jsou velmi rozdílní, protože každý má jiný úkol. Pračku nemůžete poslat na Měsíc a nanorobot na čištění odpadních vod si neporadí v žaludku.
Malé stroje mají širokou škálu možností, jak získat energii. V těle se živí podobně jako bakterie, spotřebovávají glukózu a mění ji na pohyb. Robůtek pak vypadá jako malé torpédo, které na jedné straně nasává cukr a na druhé vypouští bublinky. „Kolega ze Španělska má roboty pro léčení rakoviny v močovém měchýři, tak používá močovinu. Přírodní enzymy ji dokážou přeměňovat na jiné látky a tento chemický děj robota pohání. Stroj čerpá palivo z okolního prostředí,“ vypráví Pumera.
Nanoroboti mohou k pohybu využívat například močovinou, kterou pomocí chemické reakce mění na bublinky plynu, jež je pohání vpřed. Foto: MPI for Intelligent SystemsMikroskopičtí čističi jezer zase pomocí reakce na světlo vytváří energii z vody. Chemickým palivem se může stát i nádor či cokoliv, čeho mají roboti své okolí zbavit. Když všechno spotřebují, přestanou se hýbat a výzkumníci je vysbírají. Ovládají je pomocí magnetického pole či světla. „Když nanoroboty ráno nasypete do vody, večer je najdete na druhé straně,“ zjednodušuje vědec.
Mikroskopické torpédo
Ačkoliv má s malými částicemi velké cíle, vypadají úplně jednoduše. Většinou mají tvar kuličky, trubičky či spirály. „Ve výzkumu se sestavují známé věci jako hi-tech Lego,“ směje se Pumera. Robota staví na základě jeho úkolu. Dá mu dílek na pohon a dílek na práci, případně ještě jeden na ovládání. Vědci z Drážďan používají například modifikované spermie, které rozváží léky po těle. Nanoroboti nemají žádné nožičky ani ploutvičky, nevyužili by je. Jsou tak malí, že hustota vody pro ně odpovídá konzistenci medu. Nejspíš v něm nemusíte zkoušet plavat, abyste si domysleli, že budete nohama mávat na místě.
Z podobných důvodů zůstává vypuštění robotů do krve utopií. Životodárná tekutina ve skutečnosti není tekutá. Tvoří ji směs dobře promazaných krvinek. Strojek se mezi nimi prodírá jako v bazénu plném míčků, přičemž se na něj jednotlivé částice lepí. Výzkum v tomto směru ale stále pokračuje vpřed.
S batolaty do Asie
Výzkumné týmy a univerzity se navzájem obohacují. Proto má Martin Pumera rád konkurenční prostředí a sám spolupracuje s odborníky z celého světa. Tři dny po dokončení doktorátu odjel do USA jako výzkumný pracovník. Pak si dal přestávku a s manželkou dva roky cestoval po Jižní Americe a Asii. Když se jim narodily děti, přestěhovali do Japonska, kde Pumera vedl výzkumné skupiny jako profesor. Celkem v Asii strávil dvanáct let. V Česku, kam se vrátil před několika roky, je ve výzkumu nanorobotů průkopníkem. Ve své laboratoři učí světové univerzity tisknout baterie a solární články na 3D tiskárně a snaží se nakrmit malé strojky mikroplastovými částicemi.
„Když jsem vedl skupinu v Japonsku, získal jsem prestižní ERC grant do Švýcarska. Jelikož přišla lepší nabídka ze Singapuru, tak jsem grant snad jako jediný vrátil,“ říká Pumera. Nakonec odešel do jihoasijské země a po osmi letech zpátky do Česka, kde ho prý čekal zatím nejsilnější kulturní šok. Jeho děti sice česky umí, ale vyrostly v Asii a on si nepřál, aby se od mládí staly světoběžníky. „Chtěli jsme, aby věděly, odkud jsou a kam se mohou vrátit,“ vysvětluje. Zároveň diskutoval s lidmi z Brna a spolupráce ho bavila, takže o volbě univerzity měl jasno. „Chtěl jsem vychovávat české studenty, abych našemu vzdělávacímu systému něco vrátil,“ uvádí další důvod své cesty na Moravu. Zjistil ale, že ti o to příliš nestojí. Do týmu se mu hlásí prakticky výhradně cizinci.
Co začíná u nás, mění svět
Zaskočilo ho tu, že vzdělávací systém se od časů jeho školní docházky téměř nezměnil. Děti se stále musí potýkat se šikanou a demotivačním přístupem učitelů. „Prostředí zůstalo stejné, jako když jsem do školy chodil před čtyřiceti lety já. Společnost asi potřebuje na změnu víc než jednu generaci. Možná jsem byl naivní,“ myslí si výzkumník. „V profesním prostředí mě překvapilo, jak se na univerzitách relativizují mezinárodní žebříčky, úplně stejně jako před dvaceti roky.“ říká. Vysoké školy se tu umisťují na 300. místě žebříčků a považují to za výborný výsledek. Často se u nás traduje, že žebříčky nejsou směrodatné, protože každému jde něco jiného. Jenže když skončíte mezi vysokými školami tří stí, tak globálně vůbec nikoho nezajímáte.
„Na prvních místech jsou slavné univerzity ve světě. Jsou skvělé, a proto je známe, umístění v žebříčcích odráží jejich kvalitu. Naším cílem v Česku by mělo být, abychom byli také skvělí, a žebříček pak půjde nahoru sám. Ministerstvo do škol lije peníze, ale nedá jim cíl. V Singapuru měli za cíl být do deseti let v první dvacítce univerzit. Samozřejmě tam byli. A to mají menší zemi než my,“ říká vědec. „Investice státu do univerzit není charita. Skvělé školy přitáhnou velké firmy, které tu budou investovat, a dotace se mnohonásobně vrátí. Když vyprodukujeme každý rok stovky nadaných studentů, budou u nás zahraniční společnosti podnikat. Abychom přestali být montovnou, potřebujeme kvalitní univerzity, ale taky jim musíme říct, co po nich chceme,“ pokračuje.
On má metu jasnou. Chce posunout vědu dál a výš, ať už jde o 3D tisk baterek, nanoroboty nebo léčbu rakoviny. Řídí se heslem, že cokoliv je možné, pokud máte dost ambiciózní nápad. Soustředí se na to, co bude po budoucnosti, na po-příští (jak říká, next-next) generaci nápadů a vývoje. „Dávám si otázku: Kdybych zítra umřel, jak moc se změní věda a lidstvo? Pokud se nezmění nic, neměl bych výzkum, co dělám, ani začínat,“ říká Martin Pumera. Jeho laboratoř má slogan „Co začíná u nás, mění svět“. Vstává v pět, aby byl v práci mezi prvními, a vede sehranou mezinárodní skupinu neskutečných dříčů. Vybírá si je primárně podle osobnosti, aby přinášeli do laboratoře pohodovou atmosféru. Jde jim příkladem a stále něco tvoří. „Je důležité, aby mě to, co dělám, bavilo natolik, abych pro to byl ochoten ráno nadšeně vyskočit z postele. Jinak bych si měl vybrat něco jiného, pro co budu vstávat rád.”
