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.
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.
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.
Merkittävän rahoituksen saaneesta tutkimuksesta toivotaan keinoja ilmastonmuutoksen vastaiseen taisteluun muun muassa eroosion ehkäisemisessä ja ruokaturvan parantamisessa.
We develop new experimental and analytical tools to probe the dynamics and flow in mesoscale living, fluid, and soft systems. Our goal is to solve big questions at the interface between physics and biology.
