Materialul inspirat de calamar se vindecă în câteva secunde - Raportul inovațiilor
O gaură închide singură MPI pentru sistemele inteligente
Oamenii de știință de la Institutul Max Planck pentru sisteme inteligente (MPI-IS) din Stuttgart și de la Universitatea de Stat din Pennsylvania (PSU) din SUA au dezvoltat un material moale care se poate vindeca în doar o secundă după avarie.
Moleculele materialelor deformabile auto-vindecabile anterioare durează câteva ore sau chiar zile pentru a se reconecta - adesea cu puțină putere în punctul în care au fost străpunse sau tăiate.
Cu toate acestea, noul material întins extensibil își restabilește complet structura și proprietățile într-o clipire, din nou și din nou.
„Am dezvoltat un nou material care se poate vindeca mult mai repede fără a-și pierde puterea. L-am deteriorat într-o varietate de moduri și de fiecare dată când a fost reparat în câteva secunde ”, spune Dr. Abdon Pena-Francesch, primul autor al publicației „Materiale auto-vindecătoare biosintetice pentru mașini moi”, care va fi publicată în Nature Materials pe 27 iulie. Jurnalul de specialitate este unul dintre cele mai renumite în domeniul științei materialelor.
Materialele moi autovindecătoare atrag un interes din ce în ce mai mare din partea oamenilor de știință, în special în domeniul roboticii. Acolo, un astfel de material unic ar putea fi factorul decisiv pentru a putea folosi roboții în viața de zi cu zi.
Pentru că, într-o zi, roboții susțin oamenii în medii foarte dinamice și imprevizibile, ar trebui să fie confecționați dintr-un material moale și flexibil. Dar cu cât este mai moale, cu atât materialul se sparge mai repede.
Acest lucru limitează longevitatea și performanța și, astfel, aplicarea practică a roboților. Puterile de autovindecare în câteva secunde ar putea compensa acest neajuns.
În viitor, astfel de roboți ar putea fi folosiți în multe zone, de exemplu în situații periculoase, cum ar fi recuperarea cutremurului. Sau materialul este utilizat în îmbrăcăminte de protecție, de exemplu mănuși care se pot repara imediat după tăiere.
Dr. Pena-Francesch și coautorii săi Dr. Huihun Jung și Prof. Melik C. Demirel de la PSU și Prof. Metin Sitti, Director al Departamentului de Informații Fizice de la MPI-IS, au fost inspirați de natură și de numeroasele minuni ale pământului. Căutau un șablon al modului în care un astfel de material inteligent ar putea fi construit.
„Scopul nostru a fost să folosim biologia sintetică pentru a crea un material auto-vindecabil, programabil, ale cărui proprietăți fizice le putem controla”, spune prof. Demirel. Echipa a examinat apoi structura moleculară și secvențele de aminoacizi ale proteinelor de calmar.
Bazându-se pe acest lucru, au dezvoltat materialul flexibil, asemănător cauciucului, cu ajutorul ingineriei proteinelor. „Am schimbat structura moleculară astfel încât să putem duce la extrem proprietățile de auto-vindecare ale materialului”, adaugă el.
„Am reușit să scurtăm o fază de vindecare de 24 de ore la o secundă. Roboții moi construiți din acest material ar putea acum să se repare instantaneu. Auto-vindecarea durează mult în natură. Tehnologia noastră pune natura la umbră. "
O caracatiță durează mai mult timp pentru a se vindeca, deoarece moleculele de proteine din tentaculele sale sunt slab împletite. Cu materialul dezvoltat în laborator, oamenii de știință au modificat nanostructura moleculelor astfel încât acestea să fie toate conectate între ele. „O rețea în care sunt conectate doar câteva puncte are puncte slabe. Dar am pus în rețea toate punctele și am îmbunătățit materialul ”, explică Pena-Francesch.
În plus: în timp ce moleculele materialelor flexibile anterioare au conexiuni permanente care nu pot fi reunite odată separate, situația este diferită cu noul material. Fiecare conexiune fizică este reversibilă. Conexiunile care au fost separate la un moment dat fac clic înapoi în poziția corectă.
O rețea supramoleculară cu proprietăți de auto-vindecare fără precedent deschide o mare zonă neexplorată de potențiale aplicații în robotică. „Materialele moi inteligente fizic autoreparabile sunt esențiale pentru construirea unor roboți moi robustați și toleranți la defecțiuni în viitorul apropiat”, spune prof. Metin Sitti.
Viziunea sa este de a folosi astfel de materiale moi auto-reparatoare în cercetarea roboților medicali moi sau de a face brațele de prindere robotizate și mai bune. Au existat deja teste pentru acest lucru, de exemplu, diferite obiecte au fost ridicate cu acesta. Dacă un obiect deteriorează brațul de prindere în timp ce este transportat, acesta se poate vindeca cu ușurință.