研究者が自己修復ソフトロボットアクチュエーターを開発

ペンシルバニア州立大学の研究チームは、繰り返しの活動によるソフトロボットアクチュエータの摩耗に対する解決策、つまりイカリングの歯をベースにした自己修復生合成ポリマーを開発した。 この材料はアクチュエーターにとって有益ですが、防護服など小さな穴が問題を引き起こす可能性があるあらゆる場所にも適用できる可能性があります。

の報告によると ネイチャーマテリアルズ, 「現在の自己修復材料には、治癒強度が低く、治癒時間（時間）が長いなど、実用化を制限する欠点があります。」 

研究者らは、自然界の自己治癒力を持つ生き物からインスピレーションを得て、高強度の合成タンパク質を作成しました。 微細な目に見えるダメージを自己修復することができます。

Melik Demirel は工学科学および機械学の教授であり、バイオミメティック材料分野のロイドおよびドロシー・フェール・ハッチチェアの保持者です。

「私たちの目標は、合成生物学を使用して物理的特性を前例のない制御できる自己修復プログラム可能な材料を作成することです」と彼は言いました。 

ロボットアームと義肢

ロボット アームや義足などの一部のロボット機械は、常に動く関節に依存しています。 これには柔らかい素材が必要であり、同様のことが人工呼吸器やさまざまな種類の個人用保護具にも当てはまります。 これらの材料、および継続的な繰り返し運動を受けるあらゆる材料には、小さな裂け目や亀裂が生じ、最終的には破損する危険性があります。 自己修復素材を使用すると、深刻な損傷が生じる前に、これらの小さな裂け目をすぐに修復できます。 

DNAタンデムリピート

研究チームは、遺伝子複製によって生成されたアミノ酸で構成される一連の DNA タンデムリピートを使用して、自己修復ポリマーを作成しました。 タンデムリピートは多くの場合、無制限に繰り返すことができる一連の短い分子です。 

Abdon Pena-Francelsch はこの論文の筆頭著者であり、デミレルの研究室の元博士課程の学生です。

「通常 24 時間かかる治癒時間を XNUMX 秒に短縮することができ、タンパク質ベースのソフト ロボットが即座に自己修復できるようになりました」とアブドン ペナ フランセルシュ氏は述べています。 「自然界では、自己治癒には長い時間がかかります。 この意味で、私たちのテクノロジーは自然を上回ります。」

デミレル氏によると、自己修復ポリマーは水、熱、さらには光を加えることで自己修復することができるという。 

「このポリマーを半分に切ると、修復時に強度が 100% 戻ります」とデミレル氏は言います。

Metin Sitti は、ドイツのシュトゥットガルトにあるマックス プランク インテリジェント システム研究所の物理インテリジェンス部門の所長です。

「近い将来、堅牢でフォールトトレラントなソフトロボットやアクチュエータを構築するには、自己修復可能な物理的インテリジェントソフトマテリアルが不可欠です」とシッティ氏は述べた。

研究チームは、タンデム繰り返しの数を調整することで、急速に治癒する軟質ポリマーを作成することができました。 元の強度を維持することができ、同時にポリマーを 100% 生分解可能で、同じポリマーに 100% リサイクル可能にすることに成功しました。 

石油ベースのポリマー

「私たちはさまざまな理由から、石油ベースのポリマーの使用を最小限に抑えたいと考えています」とデミレル氏は語った。 「遅かれ早かれ石油は枯渇し、汚染や地球温暖化の原因にもなります。 本当に安価なプラスチックには太刀打ちできません。 競争する唯一の方法は、石油ベースのポリマーでは提供できないものを提供し、自己修復によって必要な性能を提供することです。」

デミレル氏によると、石油ベースのポリマーの多くはリサイクル可能だが、別のものにする必要があるという。 

生体模倣ポリマーは生分解することができ、酢などの酸はそれを粉末にリサイクルして、元の自己修復ポリマーを製造することができます。 

ステファニー マケルヒニーは、陸軍研究局の生化学プログラム マネージャーです。 

「この研究は、合成生物学のアプローチを使用して自然界に存在するタンパク質を超えてアクセスできるようになった材料特性の状況を解明するものであるとマケルヒニー氏は述べた。」 「これらの合成タンパク質の迅速かつ高強度の自己修復は、このアプローチが、個人用保護具や狭い空間で機動できる柔軟なロボットなど、将来の陸軍用途に新しい材料を提供できる可能性を示しています。」