Nanoroboti pro biomedicínu
CONREX bude vůbec prvním světovým experimentem v oblasti nanorobotiky, který bude realizován na orbitě za účelem testování nanorobotů a mikrorobotů jako inovativního nástroje pro odstraňování biofilmů nejen v prostředí vesmíru.
Experiment přímo přispívá k bezpečnějším, čistším a udržitelnějším dlouhodobým misím, a zároveň nabízí významný aplikační potenciál na Zemi – v medicíně, např. při léčbě nádorových onemocnění, průmyslu i ochraně životního prostředí, kde nanoroboti dokáží čistit např. filtrační systémy. Česká nanorobotika se tak díky tomuto projektu stává nedílnou součástí světového budoucího vesmírného výzkumu s výrazným vedením v oblasti nanorobotické biomedicíny.
Hlubší vysvětlení experimentu a jeho cíl
Projekt jedinečně propojuje nanorobotiku a medicínu. Nanorobotika je precizním biomedicínským nástrojem, který dokáže léčit s minimálním invazivním dopadem, a ve vesmírném prostředí se ještě nikdy netestovala. Cílem experimentu bude otestovat magnetické nano- a mikroroboty za účelem jejich využití pro odstraňování biofilmů v prostředí vesmíru.
Jedná se o odolná společenství mikroorganismů obklopená vlastním ochranným matrixem – představují rostoucí výzvu pro zdravotnictví, průmysl i systémy kosmických lodí. V podmínkách mikrogravitace mají bakterie tendenci tvořit pevnější biofilmy, vykazovat vyšší virulenci a zvýšenou odolnost vůči antibiotikům, což představuje významné riziko pro zdraví astronautů i bezpečnost kosmických misí.
Jak to funguje a jak bude experiment probíhat?
Nano- a mikroroboti jsou miniaturní stroje, které dokáží biofilmy mechanicky narušovat a pomocí světlem řízených reakcí rozkládat bakteriální buňky. Experiment bude probíhat na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS), v zařízení ICE Cubes Facility (ICF).
Pro výzkum budou připraveny malé experimentální kazety (mikrocely) s vodou, v níž se budou nacházet nanoroboti a biofilm. Tyto kazety budou umístěny do zařízení s cívkami, které vytváří řízené elektromagnetické pole umožňující pohyb robotů. Někteří z nich budou navíc fotosenzitivní a aktivování pomocí LED diod. Experimenty budou automatizované a zaznamenané kamerou, přičemž vědci na Zemi budou videa analyzovat a na základě výsledků upravovat algoritmy řídící činnost nanorobotů.
Tým z Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava, vedený profesorem Pumerou, již dříve prokázal účinnost magnetických mikrorobotů při odstraňování biofilmů bakterie E. coli v pozemských podmínkách a optimalizoval jejich syntézu, řízení pohybu a účinnost narušení biofilmu. Projekt CONREX představuje rozšíření těchto poznatků do prostředí mikrogravitace a první experimentální ověření chování mikrorobotických systémů ve vesmíru.
Přehled institucí stojících za experimentem
- VŠB – TUO
- TRL Space – česká inženýrská firma s projekty směřujícími na Měsíc, Venuši a oběžnou dráhu Země.
Hlavní zástupci řešitelského týmu
Prof. RNDr. Martin Pumera, Ph.D.
Profesor Martin Pumera je vedoucím mezinárodní výzkumné skupiny ADVANCED NANOROBOTS AND MULTISCALE ROBOTICS LAB na VŠB-TUO, Fakultě elektrotechniky a informatiky. Profesor také vede laboratoře budoucí energetiky a inovací na CEITEC VUT v Brně. Doktorát získal roku 2001 na Univerzitě Karlově. Po doktorátu absolvoval postdoktorandská pobyty v USA a Španělsku.
V roce 2006 se stal permanentním vedoucím výzkumné skupiny v Národním ústavu pro materiálové vědy v Japonsku. V roce 2010 přijal místo docentury na Nanyang Technological University (Singapur), kde působil řadu let. Patří mezi přední světové odborníky v oblasti nanorobotiky, flexibilní nositelné elektroniky a 3D tisku, zaměřuje se na návrh inteligentních mikro a nanorobotů pro biomedicínské a environmentální aplikace.
Působil 18 let v zahraničí a zúročuje své zkušenosti z předchozích působení jako vedoucí pracovník a profesor v Singapuru, Japonsku a Jižní Korei. V misi ESA SPACe zodpovídá za vědecké vedení, design a přípravu nanoroborů, jejich navigaci magnetickým systémem a biomedicínskou aplikací.
Publikační dopad: přes 950 článků ve špičkových vědeckých časopisech, více než 80 000 citací, h-index 130+, držitel grantů ERC a Marie Curie, nejcitovanější vědec v ČR a jediný český vědec v TOP 500 světových vědců podle tzv. „Elsevier-Stanford seznamu“.
Prof. Ing. Radek Martinek, Ph.D.
Profesor Radek Martinek je profesorem kybernetiky a od 1. září 2025 děkanem Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB – Technické univerzity Ostrava. Působí také jako univerzitní koordinátor pro vesmírný výzkum a je členem IEEE Senior Member. Vede vědecký tým Signal Lab na FEI, VSB – TUO.
Prof. Martinek je autorem více než 350 vědeckých publikací, z nichž přes 150 bylo publikováno v časopisech s impakt faktorem. Pravidelně se umisťuje v prestižním žebříčku 2 % nejlepších vědců světa Stanfordské univerzity (od roku 2020). Jeho výzkum byl citován více než 2 500krát a jeho H-index ve Web of Science je 25.
Jako hlavní výzkumník, spoluvýzkumník a člen výzkumných týmů se podílel na desítkách národních a mezinárodních projektů s celkovým rozpočtem přesahujícím 5 milionů eur. Jeho výzkum se zaměřuje především na pokročilé metody zpracování signálu, senzorové technologie a měřicí systémy. Je držitelem 11 národních patentů, 11 softwarových řešení, 2 prototypů, 9 polooperačních modelů, 6 užitných vzorů a 1 licencovaného patentu a softwaru.
Václav Havlíček, business manager, TRL Space
Václav Havlíček je manažer ve společnosti TRL Space, která se zaměřuje na integraci misí malých satelitů a lunárních orbiterů. Společnost navrhuje a realizuje kompletní vesmírné mise od začátku do konce — od definice mise a systémového inženýrství přes vývoj hardwaru a softwaru, nákup subsystémů, výrobu, MAIT (integraci, montáž a testování), kvalifikaci a vypuštění až po samotný provoz. TRL Space podporuje technologické demonstrace užitečného zatížení, vědecké mise i satelitní konstelace. Po vypuštění zajišťuje provoz, zpracování a analýzu dat a jejich doručení koncovým uživatelům.
V rámci TRL Space Václav působí na pomezí obchodu a inženýrství — zodpovídá za program společnosti, rozvoj obchodu a partnerství a přípravu nabídek pro komerční i institucionální projekty. Kromě své role v TRL Space je také manažerem Brno Space Cluster, největšího českého průmyslového sdružení v oblasti kosmického sektoru.
Václav získal magisterský titul v oboru elektrotechniky na Vysokém učení technickém v Brně, kde se nadále aktivně podílí na rozvoji studijního programu Space Applications. Jeden studijní rok strávil na University of Nebraska–Lincoln.