Evolutionens geni ses sällan i handling, så den osynliga handen som styr riktningen av biologiska system tas ofta för givet. Dock, genom att tillämpa principerna för naturligt urval på forskningsfrågor och designa robotar för att utföra dessa uppgifter, forskare skapar världens första evolutionära maskiner.

Det låter som något från science fiction, men det finns omedelbara praktiska fördelar med detta framåtblickande tillvägagångssätt. Att designa allt från läkemedel till mobiltelefoner kräver otaliga timmar av prov och fel i ett labb, experimentera med kombinationer av nya material, sedan mödosamt testa och optimera dem. Lyckligtvis, hjälp kan vara på väg i form av ett beräknat robotsystem som tillämpar evolutionens principer på materialupptäcktsprocessen.

"Det är evolutionen först, säger Dr. Lee Cronin, en kemist vid University of Glasgow, STORBRITANNIEN. "Evolution skapade biologi, inte tvärtom. "Det ledde till den biologiska världens förbluffande komplexitet och Cronin tror att det också är den perfekta lösningen för materialvetenskap.

"Vi behövde en process för att generera fysiska enheter, sätt dem i en miljö och se om de lever eller dör, "förklarar han. För detta, Cronin och kollegor i EU -projektet EVOBLISS designade en modulär robot som skulle blanda oljedroppar på en petriskål och flytta runt dem. Droppens beteende registrerades, tillsammans med startförhållandena som skapade det.

På det här sättet, de kunde screena och välja droppar med vissa materialegenskaper:om de uppförde sig på önskat sätt levde de och förutsättningarna för att skapa det överlevde. Om de inte gjorde det "dog" de och kastades.

Denna typ av evolutionär sökning minskar kraftigt tid och kostnader eftersom roboten utför tusentals försök utan avbrott. För Cronin dock den verkliga fördelen med tillvägagångssättet går utöver screening. "Evolution gör så mycket mer, det genererar nyhet att lösa problem som du aldrig trodde var möjliga, "säger han. Med roboten kan de utforska oväntat, betyder när en droppe beter sig på ett nytt sätt, villkoren kan sparas och optimeras ytterligare.

Konceptet med att använda evolutionsdrivna datorer visar sig vara oerhört effektivt för att hantera komplexa system. Alfonso Jaramillo, Professor i syntetisk biologi vid University of Warwick, STORBRITANNIEN, utvecklat ett liknande tillvägagångssätt för att lösa komplexa biologiska problem som att bekämpa antimikrobiell resistens. I sin evolutionära dator, riktiga bakterier ändras för att undvika att bli infekterade av bakteriofager. När en fag "löser" problemet med att slå bakteriens försvar överlever den. Det finns oberäkneliga mängder molekylära interaktioner som sker under denna process, men, enligt Jaramillo, "när evolutionen äger rum vet du redan resultatet av reaktionen." Beräkningen görs inom själva viruset och data som lagras i dess genom.

Tillbaka i materiallabbet är situationen densamma. Beräkningarna utförs inte på en dator; de görs fysiskt i roboten. Cronin säger att data som lagras på ett kiselchip bara är en representation av verkligheten. "Vi använder vårt system för att optimera verkligheten."

Blair Brettman, biträdande professor vid Georgia Tech School of Material Science and Engineering, USA, arbetade tidigare i industrin och gjorde många av de experiment EVOBLISS lovar nu att automatisera. Hon är optimistisk om teknikens förmåga att minska mänskligt arbete och utforska hur komplexa material kommer att bete sig. "De flesta kommersiella material är blandningar av många olika saker och det är mycket svårt att förutse hur kombinationerna kommer att reagera."

Dock, Brettman ser vissa utmaningar. "Det mest begränsande är vad du har att karaktärisera eller lära dig om provet, "säger hon." Om allt du vill göra är att titta på hur väl en vätska väter det som kommer att vara relativt enkelt. Men om du vill titta på hur en vätska penetrerar ett fast ämne kommer det att bli mycket svårare att analysera. "Ju mer komplext materialet är att manipulera och variablerna att mäta, den svårare uppskalningen blir.

Detta är en anledning till att forskarna började med flytande material men konceptuellt kan det extrapoleras till vilket material som helst. Än så länge, plattformar för att specifikt optimera tre materialklasser har utformats:rengöringsvätskor, guldnanokluster som upptäcker kemiska föroreningar, och nya läkemedelsliknande organiska molekyler.

Med denna nya uppskattning av evolutionen som utgångspunkt, och inte konsekvensen av biologi, evolutionära maskiner verkar inställda att utnyttja denna unika naturkraft. EVOBLISS stöds av EU Future and Emerging Technologies (FET) -programmet.