Serie af proteinbaserede kunstige muskler, med ydeevne, der overstiger den biologiske muskels. Andre bløde robotdele kan omfatte bløde gribere og bløde aktuatorer. Kredit:Demirel Lab, Penn State
Gentagen aktivitet slides på bløde robotaktuatorer, men disse maskines bevægelige dele skal være pålidelige og let fastsat. Nu har et team af forskere en biosyntetisk polymer, mønstret efter blæksprutte ringtænder, det er selvhelbredende og bionedbrydeligt, skabe et materiale, der ikke kun er godt for aktuatorer, men også til hazmatdragter og andre applikationer, hvor små huller kan forårsage fare.
"Nuværende selvhelbredende materialer har mangler, der begrænser deres praktiske anvendelse, såsom lav helingsstyrke og lange helingstider (timer), "forskerrapporten i dagens nummer af Naturmaterialer .
Forskerne producerede højstyrke syntetiske proteiner, der efterligner dem, der findes i naturen. Ligesom de skabninger, de er mønstret på, proteinerne kan selvhelbrede både små og synlige skader.
"Vores mål er at skabe selvhelende programmerbare materialer med hidtil uset kontrol over deres fysiske egenskaber ved hjælp af syntetisk biologi, "sagde Melik Demirel, professor i ingeniørvidenskab og mekanik og indehaver af Lloyd og Dorothy Foehr Huck -stolen i biomimetiske materialer.
Robotmaskiner fra industrielle robotarme og proteseben har led, der bevæger sig og kræver et blødt materiale, der kan rumme denne bevægelse. Det samme gør ventilatorer og personlige værnemidler af forskellig art. Men, alle materialer under konstant gentagende bevægelse udvikler små tårer og revner og til sidst går de i stykker. Ved hjælp af et selvhelbredende materiale, de første små fejl kan repareres, før der opstår katastrofale fejl.
Demirels team skaber den selvhelbredende polymer ved hjælp af en række DNA-tandem-gentagelser, der består af aminosyrer, der er produceret ved gentuplikation. Tandem -gentagelser er normalt korte serier af molekyler, der er arrangeret til at gentage sig selv et hvilket som helst antal gange. Forskerne fremstiller polymeren i standardbakterielle bioreaktorer.
"Vi var i stand til at reducere en typisk 24-timers helingsperiode til et sekund, så vores proteinbaserede bløde robotter nu kan reparere sig selv med det samme, sagde Abdon Pena-Francelsch, hovedforfatter af papiret og en tidligere doktorand i Demirels laboratorium. "I naturen, selvheling tager lang tid. I denne forstand, vores teknologi overlader naturen. "
Den selvhelbredende polymer helbreder med påføring af vand og varme, selvom Demirel sagde, at det også kunne helbrede ved hjælp af lys.
"Hvis du skærer denne polymer i halve, når den heler, får den 100 procent af sin styrke tilbage, sagde Demirel.
Metin Sitti, direktør, Fysisk intelligensafdeling ved Max Planck Institute for Intelligent Systems, Stuttgart, Tyskland, og hans team, arbejdede med polymeren, skabe huller og helbrede dem. De skabte derefter bløde aktuatorer, der, ved brug, revnet og derefter helet i realtid - cirka et sekund.
"Selvreparerende fysisk intelligente bløde materialer er afgørende for at bygge robuste og fejltolerante bløde robotter og aktuatorer i den nærmeste fremtid, sagde Sitti.
Ved at justere antallet af tandem -gentagelser, Demirels team skabte en blød polymer, der helede hurtigt og bevarede sin oprindelige styrke, men de skabte også en polymer, der er 100% biologisk nedbrydelig og 100% genanvendelig til den samme, original polymer.
"Vi ønsker at minimere brugen af oliebaserede polymerer af mange årsager, "sagde Demirel." Før eller siden vil vi løbe tør for råolie, og det er også forurenende og forårsager global opvarmning. Vi kan ikke konkurrere med den virkelig billige plast. Den eneste måde at konkurrere på er at levere noget, de oliebaserede polymerer ikke kan levere, og selvhelbredelse giver den nødvendige ydelse. "
Demirel forklarede, at mens mange oliebaserede polymerer kan genbruges, de genbruges til noget andet. For eksempel, polyester t-shirts kan genbruges i flasker, men ikke til polyesterfibre igen.
Ligesom blæksprutte efterligner polymeren biologiske nedbrydninger i havet, den biomimetiske polymer nedbrydes. Med tilsætning af en syre som eddike, polymeren vil også genbruge til et pulver, der igen kan fremstilles til det samme, blød, selvhelbredende polymer.
"Denne forskning belyser landskabet af materielle egenskaber, der bliver tilgængelige ved at gå ud over proteiner, der findes i naturen ved hjælp af syntetiske biologiske tilgange, "sagde Stephanie McElhinny, programleder for biokemi, Army Research Office, et element i US Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. "Den hurtige og højstyrke selvhelbredelse af disse syntetiske proteiner demonstrerer potentialet i denne tilgang til at levere nye materialer til fremtidige hærapplikationer, såsom personligt beskyttelsesudstyr eller fleksible robotter, der kan manøvrere i trange rum. "
Sidste artikelKontrol af strømme af flydende metal ved stuetemperatur
Næste artikelForskere skaber lokkemaling, der lurer infrarøde kameraer