רובוטיקה
חוקרים מפתחים מפעילי רובוט רכים לריפוי עצמי
צוות חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט פיתח פתרון לבלאי של מפעילים רובוטיים רכים עקב פעילות חוזרת ונשנית: פולימר ביו-סינטטי ריפוי עצמי המבוסס על שיני טבעת דיונונים. החומר מועיל למפעילים, אך ניתן ליישם אותו בכל מקום בו חורים זעירים עלולים לגרום לבעיות, כגון חליפות האזמט.
על פי הדיווח ב חומרי טבע, "לחומרים נוכחיים לריפוי עצמי יש חסרונות המגבילים את היישום המעשי שלהם, כגון כוח ריפוי נמוך וזמני ריפוי ארוכים (שעות)."
בהשראת יצורים מרפאים עצמיים בטבע, החוקרים יצרו חלבונים סינתטיים בעלי חוזק גבוה. הם מסוגלים לרפא את עצמם נזקים דקים ונראים לעין.
מליק דמירל הוא פרופסור למדע הנדסי ומכניקה ובעל הקתדרה לחומרים ביומימטיים של לויד ודורותי פוהר האך.
"המטרה שלנו היא ליצור חומרים הניתנים לריפוי עצמי עם שליטה חסרת תקדים על התכונות הפיזיקליות שלהם באמצעות ביולוגיה סינתטית", אמר.
זרועות ותותבות רובוטיות
מכונות רובוטיות מסוימות, כמו זרועות רובוטיות ורגליים תותבות, מסתמכות על מפרקים שנעים כל הזמן. הדבר מצריך חומר רך, והדבר נכון גם לגבי מאווררים וסוגים שונים של ציוד מגן אישי. חומרים אלה, וכל אלה שעוברים תנועה חוזרת ונשנית מתמשכת, נמצאים בסיכון לפתח קרעים קטנים וסדקים, בסופו של דבר להישבר. בעזרת שימוש בחומר ריפוי עצמי, ניתן לתקן במהירות את הקרעים הזעירים הללו לפני שנגרם נזק רציני.
טנדם DNA חוזר
צוות החוקרים יצר את הפולימר המרפא את עצמו באמצעות סדרה של חזרות טנדם DNA המורכבות מחומצות אמינו המיוצרות על ידי שכפול גנים. חזרות טנדם הן לרוב סדרה קצרה של מולקולות שיכולות לחזור על עצמן מספר בלתי מוגבל של פעמים.
עבדון פנה-פרנסלש הוא המחבר הראשי של המאמר ודוקטורנט לשעבר במעבדתו של דמירל.
"הצלחנו לצמצם תקופת ריפוי טיפוסית של 24 שעות לשנייה אחת, כך שהרובוטים הרכים מבוססי החלבון שלנו יכולים כעת לתקן את עצמם באופן מיידי", אמר אבדון פנה-פרנסלש. "בטבע, ריפוי עצמי לוקח הרבה זמן. במובן הזה, הטכנולוגיה שלנו מתעלה על הטבע".
לדברי דמירל, הפולימר המרפא את עצמו יכול לרפא את עצמו באמצעות יישום של מים, חום ואפילו אור.
"אם חותכים את הפולימר הזה לשניים, כשהוא מתרפא הוא מחזיר 100 אחוז מהחוזק שלו", אמר דמירל.
Metin Sitti הוא מנהל מחלקת המודיעין הפיזי במכון מקס פלנק למערכות חכמות, שטוטגרט, גרמניה.
"חומרים רכים חכמים פיזית לתיקון עצמי חיוניים לבניית רובוטים ומפעילים רכים חזקים וסובלני תקלות בעתיד הקרוב", אמר Sitti.
הצוות הצליח ליצור את הפולימר הרך המתרפא במהירות על ידי התאמת מספר החזרות הטנדם. הוא מסוגל לשמור על החוזק המקורי שלו, ובמקביל, הם הצליחו להפוך את הפולימר ל-100% מתכלה וב-100% למחזור לאותו פולימר.
פולימרים מבוססי נפט
"אנחנו רוצים למזער את השימוש בפולימרים מבוססי נפט מסיבות רבות", אמר דמירל. "במוקדם או במאוחר ייגמר לנו הנפט והוא גם מזהם וגורם להתחממות כדור הארץ. אנחנו לא יכולים להתחרות עם הפלסטיק הזול באמת. הדרך היחידה להתחרות היא לספק משהו שהפולימרים מבוססי הנפט לא יכולים לספק וריפוי עצמי מספק את הביצועים הדרושים".
לדברי דמירל, ניתן למחזר רבים מהפולימרים המבוססים על נפט, אבל זה חייב להיות משהו אחר.
הפולימרים הביומימטיים מסוגלים להתפרק ביולוגית, וחומצות כמו חומץ מסוגלות למחזר אותו לאבקה אשר לאחר מכן ניתן לייצר אותה לפולימר המרפא את עצמו המקורי.
סטפני מק'להיני היא מנהלת תוכנית ביוכימיה במשרד המחקר של הצבא.
"מחקר זה מאיר את הנוף של תכונות החומר שהופכות לנגישות על ידי מעבר לחלבונים הקיימים בטבע תוך שימוש בגישות ביולוגיה סינתטיות", אמר מק'להיני. "הריפוי העצמי המהיר והחזק של חלבונים סינתטיים אלה מדגים את הפוטנציאל של גישה זו לספק חומרים חדשים ליישומי צבא עתידיים, כמו ציוד מגן אישי או רובוטים גמישים שיכולים לתמרן במקומות סגורים."
