연구원,자가 치유 소프트 로봇 액추에이터 개발

Penn State University의 연구팀은 반복적인 활동으로 인한 소프트 로봇 액추에이터의 마모에 대한 솔루션을 개발했습니다. 이 소재는 액추에이터에 유용하지만 방호복과 같이 작은 구멍이 문제를 일으킬 수 있는 모든 곳에 적용될 수 있습니다.

의 보고서에 따르면 자연 재료, “현재 자가 치유 소재는 치유력이 낮고 치유 시간(시간)이 긴 등 실용화에 한계가 있는 단점이 있습니다.” 

자연의 자가 치유 생물에서 영감을 얻은 연구원들은 고강도 합성 단백질을 만들었습니다. 그들은 미세하고 눈에 보이는 손상을 자가 치유할 수 있습니다.

Melik Demirel은 공학 및 기계 공학 교수이자 Lloyd and Dorothy Foehr Huch 생체 모방 재료 의장입니다.

"우리의 목표는 합성 생물학을 사용하여 물리적 특성을 전례 없이 제어할 수 있는 자가 치유 프로그램 가능 물질을 만드는 것입니다."라고 그는 말했습니다. 

로봇 팔 및 보철

로봇 팔 및 의족과 같은 일부 로봇 기계는 끊임없이 움직이는 관절에 의존합니다. 이를 위해서는 부드러운 소재가 필요하며 인공 호흡기 및 다양한 유형의 개인 보호 장비도 마찬가지입니다. 이러한 재료와 지속적으로 반복적인 움직임을 겪는 모든 재료는 작은 찢어짐과 균열이 발생하여 결국 파손될 위험이 있습니다. 자가 치유 물질을 사용하면 심각한 손상이 발생하기 전에 이 작은 찢어진 부분을 신속하게 복구할 수 있습니다. 

DNA 탠덤 반복

연구팀은 유전자 복제에 의해 생성된 아미노산으로 구성된 일련의 DNA 탠덤 반복을 사용하여 자가 치유 폴리머를 만들었습니다. 탠덤 반복은 종종 자신을 무제한 반복할 수 있는 짧은 일련의 분자입니다. 

Abdon Pena-Francelsch는 이 논문의 주 저자이자 Demirel 연구실의 박사 과정 학생이었습니다.

Abdon Pena-Francelsch는 "일반적인 24시간 치유 기간을 XNUMX초로 단축하여 단백질 기반 소프트 로봇이 즉시 스스로를 수리할 수 있게 되었습니다."라고 말했습니다. “자연에서 자기 치유는 오랜 시간이 걸립니다. 이런 의미에서 우리의 기술은 자연을 능가합니다.”

Demirel에 따르면 자가 치유 폴리머는 물, 열, 심지어 빛을 가하면 스스로 치유할 수 있습니다. 

"이 폴리머를 반으로 자르면 치유될 때 강도가 100% 회복됩니다."라고 Demirel은 말했습니다.

Metin Sitti는 독일 슈투트가르트에 있는 Max Planck Instiute for Intelligent Systems의 물리 지능 부서 책임자입니다.

Sitti는 "가까운 미래에 견고하고 내결함성이 있는 소프트 로봇과 액추에이터를 구축하려면 물리적으로 지능적인 자가 수리 소프트 소재가 필수적입니다."라고 말했습니다.

팀은 탠덤 반복 횟수를 조정하여 빠르게 치유되는 부드러운 폴리머를 만들 수 있었습니다. 원래의 강도를 유지하면서 동시에 폴리머를 100% 생분해 가능하고 100% 재활용 가능한 동일한 폴리머로 만들 수 있었습니다. 

석유 기반 폴리머

"우리는 여러 가지 이유로 석유 기반 폴리머의 사용을 최소화하고자 합니다."라고 Demirel은 말했습니다. “조만간 우리는 석유가 고갈될 것이고 그것은 또한 오염시키고 지구 온난화를 일으키고 있습니다. 우리는 정말 저렴한 플라스틱과 경쟁할 수 없습니다. 경쟁할 수 있는 유일한 방법은 석유 기반 폴리머가 제공할 수 없는 것을 공급하고 자가 치유가 필요한 성능을 제공하는 것입니다.”

Demirel에 따르면 많은 석유 기반 폴리머가 재활용될 수 있지만 다른 무언가가 되어야 합니다. 

생체모방 폴리머는 생분해가 가능하고, 식초와 같은 산은 그것을 분말로 재활용할 수 있으며, 그런 다음 원래의 자가 치유 폴리머로 제조될 수 있습니다. 

Stephanie McElhinny는 육군 연구실의 생화학 프로그램 관리자입니다. 

"이 연구는 합성 생물학 접근법을 사용하여 자연에 존재하는 단백질을 넘어 접근할 수 있는 물질 특성의 풍경을 조명합니다."라고 McElhinny는 말했습니다. "이러한 합성 단백질의 신속하고 강력한 자가 치유는 개인 보호 장비 또는 제한된 공간에서 기동할 수 있는 유연한 로봇과 같은 미래 육군 애플리케이션을 위한 새로운 재료를 제공하기 위한 이 접근 방식의 잠재력을 보여줍니다."