Ερευνητές Ανάπτυξαν Αυτο-Ιαματικά Μαλακά Ρομποτικά Ακτιβιστικά

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Penn State έχει αναπτύξει μια λύση για την φθορά των μαλακών ρομποτικών ακτιβιστικών λόγω επαναλαμβανόμενης δραστηριότητας: ένα αυτο-ιαματικό, βιοσυνθετικό πολυμερές βασισμένο σε δόντια καλμάρων. Το υλικό είναι επωφελές για τους ακτιβιστές, αλλά μπορεί επίσης να εφαρμοστεί όπουkoliv μικρές τρύπες θα μπορούσαν να προκαλέσουν προβλήματα, όπως σε στολές για επικίνδυνες ουσίες.

Σύμφωνα με την αναφορά στο Nature Materials, “Τα τρέχοντα αυτο-ιαματικά υλικά έχουν ελαττώματα που περιορίζουν την πρακτική τους εφαρμογή, όπως χαμηλή δύναμη ίασης και μακράς διάρκειας χρόνοι ίασης (ώρες).”

Δrawing έμπνευση από αυτο-ιαματικά πλάσματα στη φύση, οι ερευνητές δημιούργησαν υψηλής αντοχής συνθετικά προτεΐνη. Είναι σε θέση να αυτο-ιαματίζουν μικρές και ορατές ζημιές.

Ο Melik Demirel είναι καθηγητής μηχανικής επιστήμης και μηχανικής και κάτοχος της καθηγητικής θέσης Lloyd και Dorothy Foehr Huch στη Βιομιμητική Υλικά.

“Ο στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε αυτο-ιαματικά προγραμματίσημα υλικά με απαράμιλλο έλεγχο των φυσικών ιδιοτήτων τους χρησιμοποιώντας συνθετική βιολογία,” είπε.

Ρομποτικά Μπράτσα και Προσθετικές

Ορισμένα ρομποτικά μηχανήματα, όπως ρομποτικά μπράτσα και προσθετικές γάμπες, βασίζονται σε αρθρώσεις που κινούνται συνεχώς. Αυτό απαιτεί ένα μαλακό υλικό, και το ίδιο ισχύει για αναπνευστήρες και διάφορα είδη προσωπικής προστατευτικής εξοπλισμού. Τα υλικά αυτά, και όλα αυτά που υπόκεινται σε συνεχείς επαναλαμβανόμενες κινήσεις, είναι σε κίνδυνο να αναπτύξουν μικρές ρήγες και σχισμές, τελικά σπάζοντας. Με τη χρήση αυτο-ιαματικού υλικού, αυτές οι μικρές ρήγες μπορούν να επιδιορθωθούν γρήγορα πριν προκληθεί οποιοδήποτε σοβαρό πρόβλημα.

Διπλά Αναδιπλούμενα DNA

Η ομάδα ερευνητών δημιούργησε το αυτο-ιαματικό πολυμερές χρησιμοποιώντας μια σειρά διπλών αναδιπλούμενων DNA που αποτελούνται από αμινοξέα που παράγονται από γονιδιακή διπλοποίηση. Τα διπλά αναδιπλούμενα είναι συχνά μια σύντομη σειρά μορίων που μπορούν να επαναλαμβάνονται απεριόριστα.

Ο Abdon Pena-Francelsch είναι ο κύριος συγγραφέας του εγγράφου και πρώην διδακτορικός φοιτητής στο εργαστήριο του Demirel.

“Μπορέσαμε να μειώσουμε τον τυπικό 24ωρο χρόνο ίασης σε ένα δευτερόλεπτο, ώστε τα προτεϊνικά μαλακά ρομποτικά μας να μπορέσουν τώρα να επιδιορθώσουν τον εαυτό τους αμέσως,” είπε ο Abdon Pena-Francelsch. “Στη φύση, η αυτο-ίαση παίρνει πολύ χρόνο. Σε αυτόν τον sentido, η τεχνολογία μας ξεπερνά τη φύση.”

Σύμφωνα με τον Demirel, το αυτο-ιαματικό πολυμερές μπορεί να επιδιορθωθεί με την εφαρμογή νερού, θερμότητας και ακόμη και φωτός.

“Εάν κόψετε αυτό το πολυμερές στα δύο, όταν θεραπεύεται, ανακτά το 100% της δύναμής του,” είπε ο Demirel.

Ο Metin Sitti είναι διευθυντής του Τμήματος Φυσικής Νοημοσύνης στο Ινστιτούτο Max Planck για τα Ευφυή Συστήματα, Στουτγκάρδη, Γερμανία.

“Τα αυτο-επιδιορθωμένα φυσικά ευφυή μαλακά υλικά είναι απαραίτητα για την κατασκευή robust και ανθεκτικών σε σφάλματα μαλακών ρομποτών και ακτιβιστικών στο κοντινό μέλλον,” είπε ο Sitti.

Η ομάδα ήταν σε θέση να δημιουργήσει το γρήγορα-ιαματικό μαλακό πολυμερές調整οντας τον αριθμό των διπλών αναδιπλούμενων. Είναι σε θέση να διατηρήσει την αρχική του δύναμη, και ταυτόχρονα, ήταν σε θέση να κάνει το πολυμερές 100% βιοδιασπώμενο και 100% ανακυκλώσιμο στο ίδιο πολυμερές.

https://www.youtube.com/watch?v=xTmgXnnG27k

Πολυμερή Βασισμένα σε Πετρέλαιο

“Θέλουμε να ελαττώσουμε τη χρήση πολυμερών βασισμένων σε πετρέλαιο για πολλούς λόγους,” είπε ο Demirel. “Σοφότερα ή αργότερα θα εξαντληθούμε από πετρέλαιο και είναι επίσης ρυπογόνο και προκαλεί το γлобικό θερμοκηπιακό φαινόμενο. Δεν μπορούμε να ανταγωνιστούμε τις πραγματικά φθηνές πλαστικές. Ο μόνος τρόπος να ανταγωνιστούμε είναι να προσφέρουμε κάτι που τα πολυμερή βασισμένα σε πετρέλαιο δεν μπορούν να προσφέρουν και η αυτο-ίαση παρέχει την απόδοση που χρειάζεται.”

Σύμφωνα με τον Demirel, πολλά από τα πολυμερή βασισμένα σε πετρέλαιο μπορούν να ανακυκλωθούν, αλλά πρέπει να γίνει σε κάτι διαφορετικό.

Τα βιομιμητικά πολυμερή μπορούν να βιοδιασπωθούν, και οξέα όπως το ξίδι μπορούν να ανακυκλώσουν σε σκόνη, η οποία μπορεί στη συνέχεια να κατασκευαστεί στο αρχικό αυτο-ιαματικό πολυμερές.

Η Stephanie McElhinny είναι διευθυντής προγράμματος βιοχημείας στο Γραφείο Έρευνας του Στρατού.

“Αυτή η έρευνα φωτίζει το τοπίο των ιδιοτήτων των υλικών που γίνονται προσβάσιμα με την υπέρβαση των προτεϊνών που υπάρχουν στη φύση χρησιμοποιώντας συνθετική βιολογία,” είπε η McElhinny. “Η γρήγορη και υψηλής δύναμης αυτο-ίαση αυτών των συνθετικών προτεϊνών δείχνει το δυναμικό της προσέγγισης αυτής να παραδώσει νέα υλικά για μελλοντικές εφαρμογές του Στρατού, όπως προσωπική προστατευτική εξοπλισμός ή ευέλικτα ρομποτικά που θα μπορούσαν να маневράρουν σε στενά διαστήματα.”