Robotika
A kutatók öngyógyító, puha robotműködtetőket fejlesztenek
A Penn State Egyetem kutatócsoportja megoldást dolgozott ki a lágy robotaktorok ismételt tevékenység miatti kopására: egy öngyógyító, bioszintetikus polimert, amely tintahalgyűrű fogain alapul. Az anyag előnyös az aktuátorok számára, de bárhol is alkalmazható, ahol az apró lyukak problémákat okozhatnak, például hazmat ruháknál.
A jelentés szerint Természeti anyagok, "A jelenlegi öngyógyító anyagoknak vannak olyan hiányosságai, amelyek korlátozzák gyakorlati alkalmazásukat, például alacsony a gyógyulási erejük és hosszú gyógyulási idő (órák)."
A természetben található öngyógyító lényekből ihletet merítve a kutatók nagy szilárdságú szintetikus fehérjéket hoztak létre. Képesek öngyógyítani apró és látható sérüléseket.
Melik Demirel a mérnöki tudomány és mechanika professzora, valamint a Lloyd és Dorothy Foehr Huch Biomimetic Materials Tanszék tulajdonosa.
„Célunk, hogy olyan öngyógyító programozható anyagokat hozzunk létre, amelyek soha nem látott mértékben szabályozzák fizikai tulajdonságaikat szintetikus biológia segítségével” – mondta.
Robotfegyverek és protézisek
Egyes robotgépek, például a robotkarok és a műlábak folyamatosan mozgó ízületekre támaszkodnak. Ehhez puha anyagra van szükség, és ugyanez igaz a lélegeztetőgépekre és a különböző típusú egyéni védőfelszerelésekre is. Ezeknél az anyagoknál és minden olyan anyagnál, amely folyamatosan ismétlődő mozgáson megy keresztül, fennáll annak a veszélye, hogy apró szakadások és repedések keletkeznek, amelyek végül eltörnek. Az öngyógyító anyagok használatával ezek az apró szakadások gyorsan helyrehozhatók, mielőtt bármilyen komolyabb sérülés bekövetkezne.
DNS tandem ismétlések
A kutatócsoport génduplikációval előállított aminosavakból álló tandem ismétlődések sorozatával hozta létre az öngyógyító polimert. A tandem ismétlődések gyakran olyan molekulák rövid sorozatát jelentik, amelyek korlátlan számú alkalommal ismétlődhetnek.
Abdon Pena-Francelsch a cikk vezető szerzője és egykori doktorandusz Demirel laboratóriumában.
"A tipikus 24 órás gyógyulási időszakot egy másodpercre tudtuk csökkenteni, így fehérjealapú lágy robotjaink azonnal meg tudják javítani magukat" - mondta Abdon Pena-Francelsch. „A természetben az öngyógyítás hosszú ideig tart. Ebben az értelemben technológiánk túljár a természet eszén.”
Demirel szerint az öngyógyító polimer képes önmagát meggyógyítani víz, hő és még fény hatására is.
"Ha ezt a polimert kettévágja, amikor meggyógyul, visszanyeri erejének 100 százalékát" - mondta Demirel.
Metin Sitti a stuttgarti Max Planck Intelligens Rendszerek Intézet Fizikai Intelligencia Osztályának igazgatója.
„Az önjavító, fizikailag intelligens lágy anyagok elengedhetetlenek ahhoz, hogy a közeljövőben robusztus és hibatűrő puha robotokat és aktuátorokat építsünk” – mondta Sitti.
A csapatnak sikerült létrehoznia a gyorsan gyógyuló lágy polimert a tandem ismétlések számának beállításával. Képes megőrizni eredeti szilárdságát, ugyanakkor a polimert 100%-ban biológiailag lebonthatóvá és 100%-ban újrahasznosíthatóvá tudták tenni ugyanabban a polimerben.
Kőolaj alapú polimerek
"Sok okból minimalizálni akarjuk a kőolaj alapú polimerek használatát" - mondta Demirel. „Előbb-utóbb kifogyunk a kőolajból, ráadásul környezetszennyező és globális felmelegedést okoz. Nem tudunk versenyezni az igazán olcsó műanyagokkal. A verseny egyetlen módja az, ha olyasmit szállítunk, amit a kőolaj alapú polimerek nem tudnak, és az öngyógyítás biztosítja a szükséges teljesítményt.”
Demirel szerint sok kőolaj alapú polimer újrahasznosítható, de ennek valami másnak kell lennie.
A biomimetikus polimerek képesek biológiailag lebomlani, és a savak, például az ecet, képesek újrahasznosítani egy porrá, amelyből az eredeti öngyógyító polimert lehet előállítani.
Stephanie McElhinny a Hadsereg Kutatási Hivatalának biokémiai programvezetője.
"Ez a kutatás megvilágítja az anyagok tulajdonságait, amelyek elérhetővé válnak azáltal, hogy túllépnek a természetben létező fehérjéken, szintetikus biológiai megközelítések segítségével" - mondta McElhinny. "Ezeknek a szintetikus fehérjéknek a gyors és nagy szilárdságú öngyógyulása bizonyítja, hogy ez a megközelítés új anyagokat képes szállítani a hadsereg jövőbeni alkalmazásaihoz, például egyéni védőfelszerelésekhez vagy rugalmas robotokhoz, amelyek szűk helyeken is képesek manőverezni."
