Cercetătorii dezvoltă actuatori de roboți moi autovindecători

O echipă de cercetători de la Universitatea Penn State a dezvoltat o soluție pentru uzura actuatorilor de roboți moi datorită activității repetate: un polimer biosintetic autovindecător bazat pe dinți de calmar. Materialul este benefic pentru actuatori, dar poate fi aplicat și în orice loc unde găurile mici pot cauza probleme, cum ar fi costumele de protecție chimică.

Conform raportului din Nature Materials, „Materialele autovindecătoare actuale au limite care le restricționează aplicarea practică, cum ar fi rezistența scăzută la vindecare și timpul lung de vindecare (ore).”

Inspirându-se din creaturile autovindecătoare din natură, cercetătorii au creat proteine sintetice de înaltă rezistență. Acestea sunt capabile să se autovindecă atât daunele mici, cât și cele vizibile.

Melik Demirel este profesor de știință și mecanică și deținătorul scaunului Lloyd și Dorothy Foehr Huch în Materiale Biomimetice.

„Scopul nostru este să creăm materiale autovindecătoare programabile cu control neegalat asupra proprietăților lor fizice, utilizând biologia sintetică”, a spus el.

Brațe robotice și proteze

Unele mașini robotice, cum ar fi brațele robotice și picioarele protezate, se bazează pe articulații care se mișcă constant. Acest lucru necesită un material moale, și același lucru este valabil și pentru ventilatoarele și diversele tipuri de echipamente de protecție personală. Aceste materiale, și orice material care suferă mișcări repetitive continue, sunt expuse la risc de apariție a unor mici rupturi și crăpături, care pot duce în final la ruperea materialului. Cu ajutorul materialului autovindecător, aceste mici rupturi pot fi reparate rapid înainte de a cauza daune majore.

Repetiții tandem de ADN

Echipa de cercetători a creat polimerul autovindecător utilizând o serie de repeticii tandem de ADN, constând în aminoacizi produși prin duplicarea genelor. Repetițiile tandem sunt adesea o serie scurtă de molecule care se pot repeta de un număr nelimitat de ori.

Abdon Pena-Francelsch este autorul principal al articolului și fost student doctorand în laboratorul lui Demirel.

„Am reușit să reducem perioada de vindecare obișnuită de 24 de ore la o singură secundă, astfel încât roboții noștri moi bazati pe proteine pot să se repare imediat”, a spus Abdon Pena-Francelsch. „În natură, autovindecarea durează mult timp. În acest sens, tehnologia noastră o întrece pe cea a naturii.”

Conform lui Demirel, polimerul autovindecător se poate vindeca cu aplicarea apei, căldurii și chiar a luminii.

„Dacă tai acest polimer în jumătate, atunci când se vindecă, el recâștigă 100% din rezistența sa”, a spus Demirel.

Metin Sitti este directorul Departamentului de Inteligență Fizică de la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente, Stuttgart, Germania.

„Materialele moi fizic inteligente și autoreparabile sunt esențiale pentru construirea de roboți moi și actuatori robusti și toleranți la defecte în viitorul apropiat”, a spus Sitti.

Echipa a reușit să creeze polimerul moale care se vindecă rapid, ajustând numărul de repeticii tandem. Acesta este capabil să-și păstreze rezistența inițială și, în același timp, au reușit să facă polimerul 100% biodegradabil și 100% reciclabil în același polimer.

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

Polimeri pe bază de petrol

„Vrem să minimizăm utilizarea polimerilor pe bază de petrol din mai multe motive”, a spus Demirel. „Mai devreme sau mai târziu, vom rămâne fără petrol și, de asemenea, acesta poluează și cauzează încălzirea globală. Nu putem concura cu plasticul foarte ieftin. Singura modalitate de a concura este să oferim ceva ce polimerii pe bază de petrol nu pot oferi și autovindecarea oferă performanța necesară.”

Conform lui Demirel, mulți dintre polimerii pe bază de petrol pot fi reciclați, dar numai în altceva.

Polimerii biomimetici pot fi biodegradați și acizi precum oțetul pot recicla într-un praf care poate fi ulterior fabricat în polimerul autovindecător original.

Stephanie McElhinny este manager de program de biochimie la Biroul de Cercetare al Armatei.

„Această cercetare luminează peisajul proprietăților materialelor care devin accesibile prin depășirea proteinelor care există în natură, utilizând abordări de biologie sintetică, a spus McElhinny. „Autovindecarea rapidă și de înaltă rezistență a acestor proteine sintetice demonstrează potențialul acestei abordări de a oferi materiale noi pentru aplicații viitoare ale armatei, cum ar fi echipamente de protecție personală sau roboți flexibili care pot manevra în spații înguste.”