Forradalmi áttörés a cukorbetegség kezelésében: Magyar kutatócsapat új megoldása milliók életét könnyítheti meg
Regős Krisztina a fiatal magyar kutatók között az építészmérnöki kreativitást és a matematikai precizitást ötvözve dolgozik Domokos Gábor csapatában, ahol a híres Gömböc egyedülálló egyensúlyi tulajdonságait vizsgálják. Egy egyetemi előadás során kapott inspirációt követően, amikor Domokos Gábor egy váratlan matematikai feladvánnyal állt elő, Krisztina rögtön belemerült a kutatásokba, melyekből ma már a PhD-munkáját is írja.
Kutatása nem csupán az elméleti geometria határait feszegeti, hanem az orvostudománytól kezdve a versenyvitorlások tervezéséig számos gyakorlati alkalmazást is feltár. A sokszínű szakértőkből álló kutatócsoportban minden új ötlet egy potenciális áttörést jelent, mely a formák finom súlyeloszlásán és a természetben megjelenő mintázatokon keresztül nyílik meg.
„A második év vége felé egy előadáson találkoztam Domokos Gáborral, aki a Gömböc egyik feltalálója. Az előadásán feltett egy matematikai kérdést, amely bár nem is kapcsolódott a témához, egyből megtetszett. Az előadás végére megoldottam a feladatot és óra után odamentem hozzá. Elkezdtünk beszélgetni, közben pedig más gondolkodni valót is kaptam tőle. Így kapcsolódtam be a nála folyó kutatásokba. Az évek során annyira megtetszett a dolog, hogy a PhD-met már ezekből a kutatásokból írom” - mondja a kutatónő.
Krisztina Domokos Gábor kutatócsoportjában dolgozik, ahová különféle területekről érkeztek a szakemberek. A csapat sokszínűsége különleges és inspiráló. Az olyan különböző területekről érkező csapattagok összefogása, mint az építészmérnökök, informatikusok, gépészmérnökök, fizikusok és matematikusok, lehetővé teszi, hogy új és innovatív oldalról közelítsük meg a kutatási témákat.
„Változatos témákon dolgozunk, és mindig van kitől segítséget kérni. Az elhivatott kutatói élet része, hogy az embernek bármelyik pillanatban eszébe juthat valami. Sokunknak ez a szenvedélye, és hisszük, hogy bármikor megtörténhet az áttörés, eljöhet a heurisztikus pillanat.”
Gömböc
A Gömböc Vlagyimir Arnold orosz matematikus felvetésére adta meg a választ, amely szerint létezhet olyan test, amelynek egyetlen stabil és egyetlen instabil egyensúlyi helyzete van. „A Gömböc úgy viselkedik, mint egy Kelj fel Jancsi: bárhogyan tesszük is le, mindig ugyanabba a helyzetébe áll vissza. Ez a tulajdonsága kizárólag a formájából adódik, mivel teljesen egyenletes, vagyis homogén a tömegeloszlása.”
Tavaszvárás, téltemetés és a rend felfüggesztése – A karneváli időszak ünnepségeinek nyomában
Várkonyi Péter és Domokos Gábor kutatók alkották meg ezt a formát. A speciális egyensúlyi tulajdonságával olyan problémákra adhat megoldást, mint például a cukorbetegek inzulinbevitele, amely jelenleg sok millió embert érint a világon. „Ez szerintem az egyik legérdekesebb hasznosítása a Gömböcnek. Az MIT és a Harvard Egyetem kutatói hozták létre a kapszulát, amely a gyomorba érve a megfelelő pozícióba helyezkedik, „talpra áll”. Fontos tudni, hogy az inzulint azért adagolják injekcióval, mert a gyomorsav azonnal megsemmisítené azt.
Az injekció beadása az érintettek számára egy kényelmetlen mindennapi procedúrát jelent. Így vetették fel amerikai kutatók, hogy a Gömböc formája segíthet, mivel azonnal megtalálja a megfelelő helyzetet a gyomorban, majd egy speciális tű segítségével a gyomorfalat átszúrva a véráramba adja az inzulint. A kapszula a lehető legkönnyebben az egyetlen stabil helyzetébe áll, így a tű biztosan átszúrja a gyomorfalat.”
Az apró kapszula természetes módon ürül ki a szervezetből a benne található tű pedig felszívódik. A találmány jelenleg engedélyeztetés alatt van. A Gömböc ma már a kultúra részévé is vált, hiszen egyedi, számozott darabokat is találunk belőle szerte az egész világon. Amikor azonban már számokat kell belegravírozni azt egyes darabokba, olyankor a különleges forma egyensúlya is változik.
„Ilyenkor egy kicsit újra kell őket tervezni, mert noha egy-egy számozás nem tűnik jelentős módosításnak, az anyagba vésett számok változtatnak a súlyeloszlásán. Ennyire érzékeny a formája. Nem mindegy, hogy milyen anyagból készül, hiszen amikor kiöntik, van, hogy összezsugorodik az anyag, vagy buborékos marad. A mai napig kísérleteznek azzal, hogy milyen anyagokból lehet a Gömböc formát legyártani. Az egyedi, számozott darabokat általában plexiből vagy fémből szokták kimarni nagyon pontos marógépekkel.”
Nem kizárólag az orvostudományt ihlette meg a különleges súlyelosztású forma, hiszen a versenyvitorlások tervezésére szolgáló leghíresebb szoftvert is a Gömböcről nevezték el. „Ahol kényes egyensúlyi kérdések merülnek fel, ott nem véletlenül gondolnak erre a formára. Egy világversenyen az első és második helyezett is ezt a szoftvert használta.”
Nagy probléma, hogy nőként a ráncaink felé irányuló külső undort belsővé tesszük
Új utakon
Regős Krisztina ma egy olyan kutatással foglalkozik, amelyre a tudósok ötven éve keresik a választ. „Szeretném kideríteni, hogy sík lapokkal határolt testekből létezhet-e Gömböc tulajdonságú, és megkeresni a legegyszerűbb ilyen testet.”
John Horton Conway brit matematikus bizonyítása alapján tetraéderből, vagyis piramis alakzatból nem létezhet Gömböc tulajdonságú. „Ő vetette fel, hogy az eggyel bonyolultabb testekre, négyszög alapú piramisokra vajon ugyanúgy vonatkozhat-e ez a szabály, de már nem tudta megfejteni. Ezzel kezdtem el foglalkozni. Sokféle geometriájú testet megvizsgáltam, ehhez programozni is megtanultam egy kicsit. Meg tudtam erősíteni Conway sejtését, miszerint egyetlen ilyen test sem Gömböc tulajdonságú.”
A Gömböc megalkotásakor számítógépre nem támaszkodhattak a kutatók mert nem volt olyan ismert gépi algoritmus mely ilyen testeket képes lett volna megtalálni. Ugyanakkor, senki nem tudta megmondani, hogy mire lesz majd alkalmas az egyedi forma. Amennyiben Krisztina talál olyan algoritmust, amellyel Gömböchöz hasonló tulajdonságú, sík lapokkal határolt testeket kereshet a számítógép, az eddig még ismeretlen területeken hozhat áttöréseket.
A kutatáshoz segítséget is kapott: Albrecht Ottó, az ismert befektetési bankár speciális nyereményt tűzött ki, amely a legegyszerűbb gömböc tulajdonságú testet keresi. A forma megtalálójának egyszer majd egy millió dollár ütheti a markát, elosztva a forma lapjainak, csúcsainak és éleinek összegével. „Minél bonyolultabb lesz a forma, annál kisebb lesz majd a nyeremény. Ez nagyon trükkösen kitűzött feladvány.” Krisztina, Albrecht Ottó ösztöndíjprogramjának támogatottja, ennek köszönheti, hogy Magyarországon tudja folytatni a kutatásait.
„Én egy utazó vagyok, nincs meg bennem a hovatartozás érzése” - Ai Weiwei önéletrajza kötelező olvasmány
Lágy cellák
A matematika világa sokat foglalkozik a természetben fellelhető alakzatokkal. Krisztina hisz abban, hogy a matematika eszközeivel a körülöttünk lévő világban számos problémára megtalálhatjuk a megoldást. A kutatónő nemrég megjelent publikációja a lágy cellákkal foglalkozik. „Képzeljünk el egy síkot, amelyet hézagmentesen összeillő puzzle darabokkal töltünk ki , ugyanúgy, mint egy parketta- vagy csempe felület esetében. A matematikusok sokat foglalkoztak már azzal, hogy milyen mintázatokkal lehet kitölteni az egyes tereket.
A lágy cellák olyan térkitöltő puzzle formák 3D-ben, amelyeknek nincsen éles csúcsuk vagy sarkuk. Azt vettük észre, hogy a természetben is nagyon sok ilyen forma található, mint például az egyes sejt-típusok.” A kutatónő és csapata a Nautilus csiga házában is hasonló formákat fedezett el. „A csigaház 2D-ben kicsi holdacskákat rajzol ki, amelyek szépen egybe illeszkednek. Térben is egymásba illőek, térkitöltőek ezek az üregek. Ez a forma egy csodálatos megjelenése a természetben a lágy celláknak.
A természetben sok olyan forma van, amelynek nem tudjuk a nevét. Egy tengerparti sétán látott kavicsokról is nehezünkre esik pontosan mesélni, mert nem tudjuk megnevezni az alakjukat. Mi most definiáltunk egy formaosztályt, mely segítségével felcímkézhetünk természeti jelenségeket. Ha felfedezzük ezeket a formákat körülöttünk, akkor akár egymástól távoli jelenségek között is összefüggéseket állapíthatunk meg. Ezt reméljük ezektől a kutatásoktól.”
