Истраживачи развијају самоисцељујуће меке роботске актуаторе

Тим истраживача на Пенн Стате универзитету развио је решење за хабање меких роботских актуатора услед поновљене активности: биосинтетички полимер који се самоизлечи на бази зубаца прстена лигње. Материјал је користан за актуаторе, али се такође може применити било где где би ситне рупе могле да изазову проблеме, као што су заштитна одела.

Према извештају у Природа Материјали, „Садашњи материјали за самоизлечење имају недостатке који ограничавају њихову практичну примену, као што су ниска снага зарастања и дуго време зарастања (сати).“ 

Црпећи инспирацију из створења која се самоизлечују у природи, истраживачи су створили синтетичке протеине високе снаге. Они су у стању да самоизлече ситна и видљива оштећења.

Мелик Демирел је професор инжењерских наука и механике и носилац катедре Ллоид и Доротхи Фоехр Хуцх за биомиметичке материјале.

„Наш циљ је да створимо самолечиве програмабилне материјале са невиђеном контролом над њиховим физичким својствима користећи синтетичку биологију“, рекао је он. 

Роботске руке и протетика

Неке роботске машине, као што су роботске руке и протетске ноге, ослањају се на зглобове који се стално крећу. За то је потребан мекани материјал, а исто важи и за вентилаторе и разне врсте личне заштитне опреме. Ови материјали, као и сви који се стално понављају, изложени су ризику од развоја малих кидања и пукотина, који ће се на крају ломити. Уз употребу материјала који се самоизлечи, ове ситне сузе се могу брзо поправити пре него што се направи било какво озбиљно оштећење. 

ДНК тандем понављања

Тим истраживача креирао је самоизлечујући полимер користећи серију тандемских понављања ДНК који се састоје од аминокиселина произведених умножавањем гена. Тандем понављања су често кратке серије молекула које се могу поновити неограничен број пута. 

Абдон Пена-Францелсцх је водећи аутор рада и бивши студент докторских студија у Демиреловој лабораторији.

„Успели смо да смањимо типичан период зарастања од 24 сата на једну секунду, тако да наши меки роботи засновани на протеинима сада могу да се поправе одмах“, рекао је Абдон Пена-Францелш. „У природи, самоизлечење траје дуго. У том смислу, наша технологија надмашује природу."

Према Демирелу, полимер који се самоизлечи може сам да се излечи применом воде, топлоте, па чак и светлости. 

„Ако овај полимер пресечете на пола, када зарасте, он добија 100 одсто своје снаге“, рекао је Демирел.

Метин Сити је директор Одељења за физичку интелигенцију на Институту за интелигентне системе Макс Планк, Штутгарт, Немачка.

„Самопоправљајући физички интелигентни мекани материјали су неопходни за изградњу робусних и отпорних на грешке меких робота и актуатора у блиској будућности“, рекао је Ситти.

Тим је успео да створи меки полимер који се брзо зацељује подешавањем броја тандем понављања. У стању је да задржи своју првобитну снагу, а у исто време, успели су да учине полимер 100% биоразградивим и 100% рециклирајућим у исти полимер. 

Полимери на бази нафте

„Желимо да минимизирамо употребу полимера на бази нафте из много разлога“, рекао је Демирел. „Пре или касније ћемо остати без нафте, а она такође загађује и изазива глобално загревање. Не можемо се такмичити са заиста јефтином пластиком. Једини начин да се такмичите је да испоручите нешто што полимери на бази нафте не могу да испоруче, а самозалечење обезбеђује потребне перформансе.“

Према Демирелу, многи полимери на бази нафте могу се рециклирати, али то мора бити у нешто другачије. 

Биомиметички полимери су у стању да се биоразгради, а киселине попут сирћета могу да га рециклирају у прах који се затим може произвести у оригинални самолечиви полимер. 

Степхание МцЕлхинни је менаџер програма за биохемију у Канцеларији за истраживање војске. 

„Ово истраживање осветљава пејзаж својстава материјала који постају доступни превазилазећи протеине који постоје у природи користећи приступе синтетичке биологије, рекао је МцЕлхинни. „Брзо самоизлечење ових синтетичких протеина велике снаге показује потенцијал овог приступа за испоруку нових материјала за будуће примене у војсци, као што су лична заштитна опрема или флексибилни роботи који би могли да маневришу у скученим просторима.