A tintahal ihlette anyag másodpercek alatt gyógyul - Innovációs jelentés
Egy lyuk záródik önmagában az MPI az intelligens rendszerek számára
A stuttgarti Max Planck Intelligens Rendszerek Intézetének (MPI-IS) és az amerikai Pennsylvania Állami Egyetem (PSU) tudósai puha anyagot fejlesztettek ki, amely a sebzés után egy másodpercen belül képes meggyógyulni.
A korábbi deformálható, öngyógyító anyagok molekuláinak újrakapcsolódása több órát vagy akár napokat is igénybe vesz - gyakran kevés erővel azon a helyen, ahol átlyukasztották vagy levágták őket.
Az újonnan kifejlesztett, nyújtható anyag azonban egy szempillantás alatt teljesen visszaállítja szerkezetét és tulajdonságait - újra és újra.
„Olyan új anyagot fejlesztettünk ki, amely sokkal gyorsabban gyógyulhat, anélkül, hogy elveszítené erejét. Különböző módon károsítottuk, és minden alkalommal, amikor másodpercek alatt kijavítottuk ”- mondja dr. Abdon Pena-Francesch, a „Bioszintetikus öngyógyító anyagok puha gépekhez” című kiadvány első szerzője, amely a Nature Materials-ban jelenik meg július 27-én. A szakfolyóirat az egyik legismertebb az anyagtudomány területén.
Az öngyógyító puha anyagok egyre nagyobb érdeklődést váltanak ki a tudósok körében, különösen a robotika iránt. Egy ilyen egyedi anyag lehet a döntő tényező abban, hogy a robotok valóban használhatók-e a mindennapi életben.
Mert ha egy nap a robotok nagyon dinamikus és kiszámíthatatlan környezetben támogatják az embereket, puha és hajlítható anyagból kell készülniük. De minél lágyabb, annál gyorsabban törik az anyag.
Ez korlátozza a robotok élettartamát és teljesítményét, így gyakorlati alkalmazását. Az öngyógyító képességek másodperceken belül kompenzálhatják ezt a hiányosságot.
A jövőben az ilyen robotokat sok területen lehet használni, például veszélyes helyzetekben, például a földrengés helyreállításában. Vagy az anyagot védőruhában használják, például kesztyűben, amely a vágás után azonnal megjavul.
Dr. Pena-Francesch és társszerzői Dr. Huihun Jung és Prof. Melik C. Demirel a PSU-ból és Prof. Metin Sitti, az MPI-IS Fizikai Intelligencia Tanszékének igazgatója ihlette a természetet és a föld sok csodáját. Sablont kerestek arról, hogyan lehet egy ilyen intelligens anyagot felépíteni.
"Célunk a szintetikus biológia felhasználásával olyan öngyógyító, programozható anyag létrehozása volt, amelynek fizikai tulajdonságait ellenőrizhetjük" - mondja Prof. Demirel. Ezután a csapat megvizsgálta a tintahalfehérjék molekulaszerkezetét és aminosav-szekvenciáit.
Erre építve fejlesztették ki a rugalmas, gumihoz hasonló anyagot a fehérjetechnika segítségével. "Megváltoztattuk a molekulaszerkezetet, hogy a végletekig el tudjuk vinni az anyag öngyógyító tulajdonságait" - teszi hozzá.
„A 24 órás gyógyítási fázist egy másodpercre tudtuk rövidíteni. Az ebből az anyagból készült puha robotok most azonnal megjavíthatják magukat. Az öngyógyítás hosszú időt vesz igénybe a természetben. Technológiánk árnyékba helyezi a természetet. "
A polipnak hosszabb ideig kell gyógyulnia, mert a csápjaiban lévő fehérjemolekulák rosszul fonódnak össze. A laboratóriumban kifejlesztett anyaggal a tudósok úgy módosították a molekulák nanostruktúráját, hogy mind összekapcsolódjanak egymással. „Egy olyan hálózatnak, amelyben csak néhány pont van összekötve, gyenge pontjai vannak. De az összes pontot összekötöttük és továbbfejlesztettük az anyagot ”- magyarázza Pena-Francesch.
Ezen túlmenően, míg a korábbi rugalmas anyagok molekulái állandó kapcsolatokkal rendelkeznek, amelyeket szétválasztás után nem lehet újra összehozni, az új anyaggal más a helyzet. Minden fizikai kapcsolat megfordítható. Az egy ponton elválasztott kapcsolatok visszapattintanak a megfelelő helyre.
Soha nem látott öngyógyító tulajdonságokkal rendelkező szupramolekuláris hálózat megnyitja a robotika potenciális alkalmazásainak nagy, feltáratlan területét. "Az önjavító, fizikailag intelligens puha anyagok elengedhetetlenek a robusztus és hibatűrő puha robotok felépítéséhez a közeljövőben" - mondja Prof. Metin Sitti.
Az ő elképzelése, hogy ilyen önjavító puha anyagokat használjon az orvosi puha robotok kutatásában, vagy hogy a robot markolókarjai még jobbak legyenek. Erre már voltak tesztek, például különféle tárgyakat emeltek fel vele. Ha egy tárgy ekkor megsérti a megfogókart, miközben cipeli, könnyen meggyógyulhat.