Materiál inšpirovaný chobotnicami sa zahojí za pár sekúnd - správa o inováciách
Samotná diera sa zatvára MPI pre inteligentné systémy
Vedci z Max Planckovho inštitútu pre inteligentné systémy (MPI-IS) v Stuttgarte a Pennsylvánskej štátnej univerzity (PSU) v USA vyvinuli mäkký materiál, ktorý sa po poškodení dokáže za chvíľu zahojiť.
Molekuly predchádzajúcich deformovateľných samoliečebných materiálov sa opätovne pripoja niekoľko hodín alebo dokonca dní - často s malou silou v mieste, kde boli prepichnuté alebo rozrezané.
Novo vyvinutý pružný materiál však úplne bez mihnutia oka úplne obnoví svoju štruktúru a vlastnosti.
„Vyvinuli sme nový materiál, ktorý sa dokáže hojiť oveľa rýchlejšie bez straty sily. Poškodili sme ho rôznymi spôsobmi a zakaždým, keď bol opravený v priebehu niekoľkých sekúnd, “hovorí Dr. Abdon Pena-Francesch, prvý autor publikácie „Biosyntetické samoliečivé materiály pre mäkké stroje“, ktorá vyjde v Nature Materials 27. júla. Odborný časopis je jedným z najuznávanejších v oblasti materiálových vied.
Samoliečivé mäkké materiály priťahujú čoraz väčší záujem vedcov, najmä o robotiku. Tam by taký jedinečný materiál mohol byť rozhodujúcim faktorom pre to, či sa roboty dajú skutočne použiť v každodennom živote.
Pretože ak jednodenné roboty podporujú ľudí vo veľmi dynamickom a nepredvídateľnom prostredí, mali by byť vyrobené z mäkkého a ohybného materiálu. Ale čím mäkšie, tým rýchlejšie sa materiál rozbije.
To obmedzuje životnosť a výkon, a tým aj praktické využitie robotov. Samoliečebné sily v priebehu niekoľkých sekúnd mohli tento nedostatok kompenzovať.
V budúcnosti by sa takéto roboty mohli použiť v mnohých oblastiach, napríklad v nebezpečných situáciách, ako je napríklad zotavenie po zemetrasení. Alebo je materiál použitý v ochrannom odeve, napríklad v rukaviciach, ktoré sa môžu ihneď po rezaní opraviť.
DR. Pena-Francesch a jeho spoluautori Dr. Huihun Jung a prof. Melik C. Demirel z PSU a prof. Metin Sitti, riaditeľ odboru fyzickej inteligencie MPI-IS, sa inšpirovali prírodou a mnohými divmi Zeme. Hľadali šablónu, ako by sa dal taký inteligentný materiál postaviť.
„Naším cieľom bolo pomocou syntetickej biológie vytvoriť samoliečebný programovateľný materiál, ktorého fyzikálne vlastnosti môžeme riadiť,“ hovorí profesor Demirel. Tím potom skúmal molekulárnu štruktúru a aminokyselinové sekvencie bielkovín chobotnice.
Na tomto základe vyvinuli pružný gumový materiál pomocou proteínového inžinierstva. „Zmenili sme molekulárnu štruktúru, aby sme mohli samoliečebné vlastnosti materiálu dostať do extrému,“ dodáva.
"Dokázali sme skrátiť 24-hodinovú fázu hojenia na jednu sekundu." Mäkké roboty vyrobené z tohto materiálu sa teraz mohli okamžite opraviť. Samoliečenie v prírode trvá dlho. Naša technológia dáva prírodu do tieňa. ““
Chobotnica sa hojí dlhšie, pretože bielkovinové molekuly v jej chápadlách sú zle prepletené. Pomocou materiálu vyvinutého v laboratóriu vedci upravili nanostruktúru molekúl tak, aby boli všetky navzájom spojené. "Sieť, v ktorej je len niekoľko bodov prepojených navzájom, obsahuje slabé miesta." Ale všetky body sme prepojili do siete a vylepšili sme materiál týmto spôsobom, “vysvetľuje Pena-Francesch.
Navyše, zatiaľ čo molekuly predchádzajúcich flexibilných materiálov majú trvalé spojenia, ktoré sa po oddelení už nedajú opäť spojiť, s novým materiálom je situácia iná. Každé fyzické spojenie je reverzibilné. Spojenia, ktoré boli v jednom bode oddelené, kliknú späť do správnej polohy.
Supramolekulárna sieť s bezprecedentnými samoliečebnými vlastnosťami otvára veľkú nepreskúmanú oblasť potenciálnych aplikácií v robotike. „Samopravujúce sa fyzicky inteligentné mäkké materiály sú v blízkej budúcnosti nevyhnutné pre stavbu robustných a odolných mäkkých robotov,“ hovorí profesor Metin Sitti.
Jeho víziou je použiť také samoopraviteľné mäkké materiály pri výskume lekárskych mäkkých robotov alebo ešte vylepšiť robotické uchopovacie ramená. Na to už boli vykonané testy, napríklad sa pomocou neho zdvihli rôzne predmety. Ak predmet pri prenášaní poškodí rameno chápadla, mohol by sa ľahko vyliečiť.