Az inzulint közvetlenül a gyomorfalba injekciózó, nemrég kifejlesztett, kapszula méretű eszköz alakját a magyar tudósok által felfedezett Gömböc alapján tervezték meg. A Gömböc atyja szerint ez az eset is bizonyítja, hogy az alap- és alkalmazott kutatás egyformán fontos, és sosem tudhatjuk, hogy mikor hasznosulnak még a legelméletibbnek tűnő felfedezések is.
Mi is megírtuk néhány nappal ezelőtt, hogy a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) és a Harvard Egyetem kutatói olyan, injekciót tartalmazó kapszulát fejlesztettek ki, amely a gyomron át juttatja a vérbe az inzulint. A kapszula formáját a közlemény szerint a leopárdteknős páncélja ihlette. A kapszula apró, összepréselt inzulintűt tartalmaz, amely akkor fejti ki hatását, amikor a gyomorba ér. Így elég inzulin jut a szervezetbe a vércukorszint olyan csökkentéséhez, mint amilyet a bőrön át adott injekcióval érnek el. Azt is bizonyították, hogy a módszer más gyógyszerek beadásához is átalakítható.
Az eszköz azonban csak egy tűt tartalmaz, így elsőrendű fontosságú, hogy a megfelelő irányba álljon, mielőtt megszúrná a gyomorfalat. Az amerikai kutatók szerint az irányba állás biztosításához a leopárdteknős páncéljának alakja adta az ötletet. Annak ugyanis olyan a formája, ami segít abban, hogy felborulás esetén is lábra tudjon állni az állat.
Itt véget is érne a történet, azonban Domokos Gábor akadémikus, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem egyetemi tanára néhány napja értesítést kapott arról, hogy a kapszulákat ismertető szakcikkben hivatkoztak két, Várkonyi Péterrel közösen jegyzett tanulmányára is. Az egyik a Gömböcnek elnevezett, egyetlen stabil egyensúlyi ponttal rendelkező test felfedezéséről, míg a másik a Gömböc és a teknősök páncéljának kapcsolatáról szólt.
„Ahogy arra az MIT és a Harvard Egyetem kutatói által jegyzett cikk rámutat, régi probléma a gyógyszeradagolásban, hogy hogyan lehet szájon át bevinni azokat a hatóanyagokat, például az inzulint, amelyeket tönkretesz a gyomorsav. E probléma megoldására jelentős kutatások összpontosulnak világszerte. Az eddig megjelent megoldások hatékonysága azonban elég csekély, tehát a bevett hatóanyag mindössze néhány százaléka jut be a vérbe” – vázolta a megoldandó feladatot kérdésünkre Domokos Gábor. Minthogy az MIT–Harvard-csoport kapszulájának működése a pozíción áll vagy bukik, kulcsfontosságú volt a kutatók számára a kapszula alakja.
Az alak keresése közben bukkantak rá Domokosék gömböcös és teknősös cikkeire. A Gömböc koncepciója a Vlagyimir Arnold matematikus által felvetett elméleti probléma (létezhet-e egyetlen stabil egyensúlyi ponttal rendelkező test?) megoldása, míg egyes teknősfajok páncéljának alakja a hasonló gyakorlati probléma evolúciós megoldása. A magyar kutatók a kettő között olyan szoros egyezést mutattak ki, hogy az evolúcióbiológusok is elhitték: mindez nem lehet véletlen.
Az MIT mérnökei sokáig modellezték az összes szóba jöhető alakot, és így találtak a Gömböcre.
„Fontos tudni, hogy a Gömböc akkor is jó kiindulópont a mindig egy irányba álló tárgyak tervezésekor, ha azok nem teljesen homogén szerkezetűek. De ha az alakja hasonlít hozzá, akkor már nagyon kis súlyeloszlás-különbséggel Kelj fel, Jancsivá változtatható” – mondja Domokos Gábor. Az MIT kutatói eddig nem léptek kapcsolatba a magyar tudósokkal, és Domokos nem is várta volna ezt (hiszen a közölt tanulmányokban minden szükséges részlet hozzáférhető).
Az utóbbi években számos tudományterületen bizonyultak hasznosnak a Gömböc felfedezésekor kidolgozott koncepciók. A Pennsylvaniai Egyetem drónlaborjában például Gömböc alakú keretbe foglalják a rajban röptetett repülő robotokat. Gyakori probléma ugyanis, hogy ezek összeütköznek egymással, és ilyenkor kibillennek egyensúlyukból. A Gömböc-keret azonban biztosítja azt, hogy könnyedén visszataláljanak egyensúlyi pontjukba.
A Gömböc legfontosabb tudományos alkalmazásait mégis az élettelen természet formafejlődési folyamatainak magyarázatában találhatjuk. Ez magyarul a kopás mechanizmusát jelenti. Nem mintha tömegével léteznének Gömböc alakú kavicsok (minthogy jó eséllyel egy sincs), de e forma felfedezése vezetett el azon egyenletek felírásához, amelyek segítségével például magyarázni tudták a nemrégiben a Naprendszeren áthúzó szivar alakú aszteroida alakját. Egyesek a furcsa elnyújtott forma láttán komolyan felvetették, hogy idegen űrhajóról lehet szó, de Domokos Gábor és munkatársainak kutatásai révén természetes folyamatokkal is magyarázható az égitest hosszúkás alakja. Ehhez hasonlóan korábban a Mars felszínén talált kavicsok alakjából is meghatározták az egykoron a bolygón hömpölygő folyók méretét.
De miért nem Gömböc alakúak akkor a kavicsok?
A Gömböc a természet része, de csak mint egy álom
– fogalmazta meg egyszer tökéletesen Sir Michael Berry, a világhírű elméleti fizikus. Vagyis nagyon sok folyamatot megmagyaráz, de önmaga nem jelenik meg a természetben – érvel Domokos Gábor. Az élettelen természetben folyamatosan egyszerűsödnek a dolgok, és az egyszerűség mértéke együtt jár az egyensúlyi helyzetek számával, amelyekből egyre kevesebb marad. Kettőnél azonban megreked ez a folyamat, és nem képes természetes folyamatok révén egyre csökkenni a stabil egyensúlyi pontok száma.
A Gömböc a tökéletes iskolapéldája annak, hogy egy látszólag semmilyen evilági problémához nem kapcsolódó alapkutatás hogyan nyerhet gyakorlati alkalmazást úgy, hogy azt senki sem várta volna.
Egy tisztán matematikai ötletből lett egy fizikai test, amely aztán eljutott a legkülönfélébb alkalmazásokig. A tudományban a véráram minden irányban folyik. Van, amikor az alkalmazás kér tanácsot a matematikától, és van, hogy fordítva. A Gömböc mindennél világosabban mutatja, hogy az alap- és az alkalmazott kutatás egymástól függetlenül fontos, és hogy melyik lesz nagyobb hatással a másikra, azt csak az élet határozhatja meg. Mindkettőt támogatni kell, méghozzá hosszú időn keresztül, hiszen a mi esetünk, amikor egy matematikai felfedezés tíz év múlva már a gyógyszeriparban nyer alkalmazást, kirívóan rövid folyamatnak számít.
(Borítókép: Felice Frankel / MIT)