Вдъхновен от калмари материал заздравява за секунди - Доклад за иновациите
Дупка се затваря сама по себе си MPI за интелигентни системи
Учени от Института за интелигентни системи Макс Планк (MPI-IS) в Щутгарт и Държавния университет на Пенсилвания (PSU) в САЩ са разработили мек материал, който може да се излекува само за секунда след повреда.
Молекулите на предишни деформируеми самолечебни материали отнемат няколко часа или дори дни, за да се свържат отново - често с малко сила в точката, където са били пробити или нарязани.
Въпреки това, новоразработеният разтегателен материал възстановява напълно структурата и свойствата си за миг - отново и отново.
„Разработихме нов материал, който може да се лекува много по-бързо, без да губи своята сила. Ние го повредихме по различни начини и всеки път, когато беше поправен в рамките на секунди “, казва д-р. Абдон Пена-Франчеш, първият автор на публикацията „Биосинтетични самолечебни материали за меки машини“, която ще бъде публикувана в Nature Materials на 27 юли. Специализираното списание е едно от най-известните в областта на материалознанието.
Самолечещите меки материали привличат все по-голям интерес от учените, особено към роботиката. Там такъв уникален материал може да бъде решаващият фактор за това дали роботите действително могат да се използват в ежедневието.
Защото, ако един ден роботите подкрепят хората в много динамична и непредсказуема среда, те трябва да бъдат направени от мек и огъващ се материал. Но колкото по-мек е, толкова по-бързо се чупи материалът.
Това ограничава дълголетието и производителността и по този начин практическото приложение на роботите. Самолечителните сили за секунди биха могли да компенсират този недостатък.
В бъдеще такива роботи могат да се използват в много области, например в опасни ситуации като възстановяване при земетресение. Или материалът се използва в защитно облекло, например ръкавици, които могат да се поправят веднага след порязване.
Д-р Pena-Francesch и неговите съавтори Dr. Huihun Jung и проф. Melik C. Demirel от PSU и проф. Metin Sitti, директор на отдела за физически интелект в MPI-IS, бяха вдъхновени от природата и многото чудеса на земята. Те търсеха шаблон за това как може да се изгради такъв интелигентен материал.
„Нашата цел беше да използваме синтетична биология, за да създадем самовъзстановяващ се, програмируем материал, чиито физически свойства можем да контролираме“, казва проф. Демирел. След това екипът изследва молекулярната структура и аминокиселинните последователности на протеините на калмарите.
Надграждайки върху това, те разработиха гъвкавия, подобен на каучук материал с помощта на протеиново инженерство. „Променихме молекулярната структура, за да можем да стигнем до крайност самолечебните свойства на материала“, добавя той.
„Успяхме да съкратим 24-часовата лечебна фаза до една секунда. Меките роботи, изградени от този материал, вече могат да се поправят незабавно. Самолечението отнема много време в природата. Нашата технология поставя природата на сянка. "
Октоподът се лекува по-дълго, тъй като протеиновите молекули в пипалата му са слабо вплетени. С материала, разработен в лабораторията, учените модифицират наноструктурата на молекулите, така че всички те да са свързани помежду си. „Мрежата, в която са свързани само няколко точки, има слаби точки. Но сме свързали всички точки и подобрихме материала “, обяснява Пена-Франчеш.
В допълнение: докато молекулите на предишни гъвкави материали имат постоянни връзки, които не могат да бъдат събрани отново, след като се разделят, ситуацията е различна при новия материал. Всяка физическа връзка е обратима. Връзките, които бяха прекъснати в един момент, щракнете обратно в правилната позиция.
Надмолекулна мрежа с безпрецедентни самолечебни свойства отваря голяма неизследвана област на потенциални приложения в роботиката. „Саморемонтиращите се физически интелигентни меки материали са от съществено значение за изграждането на здрави и устойчиви на повреди меки роботи в близко бъдеще“, казва проф. Метин Сити.
Неговата визия е да използва такива самовъзстановяващи се меки материали при изследване на медицински меки роботи или да направи още по-добри роботизираните рамена. Вече е имало тестове за това, например различни предмети са били вдигнати с него. Тогава, ако даден предмет повреди ръката на захвата, докато го носите, той лесно може да се излекува.