นักวิจัยพัฒนาอะกูเตอร์หุ่นยนต์แบบอ่อนที่สามารถซ่อมตัวเองได้

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียได้พัฒนาวิธีแก้ปัญหาการสึกหรอของอะกูเตอร์หุ่นยนต์แบบอ่อนที่เกิดจากการทำงานซ้ำๆ โดยใช้พอลิเมอร์แบบชีวสังเคราะห์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากฟันของหมึก

ตามรายงานใน Nature Materials, “วัสดุแบบซ่อมตัวเองที่มีอยู่ในปัจจุบันมีข้อจำกัดที่ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้จริง เช่น ความแข็งแรงในการซ่อมตัวเองที่ต่ำและเวลาซ่อมตัวเองที่นาน (หลายชั่วโมง)”

โดยได้รับแรงบันดาลใจจากสิ่งมีชีวิตที่สามารถซ่อมตัวเองได้ในธรรมชาติ ทีมนักวิจัยได้สร้างโปรตีนสังเคราะห์ที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งสามารถซ่อมตัวเองได้จากความเสียหายเล็กๆ และความเสียหายที่มองเห็นได้

เมลิก เดมิเรล เป็นศาสตราจารย์แห่งวิศวกรรมศาสตร์และกลศาสตร์และเป็นประธานของ Lloyd และ Dorothy Foehr Huch Chair ในวัสดุแบบชีวมิมิก

“เป้าหมายของเราคือการสร้างวัสดุแบบซ่อมตัวเองที่สามารถเขียนโปรแกรมได้โดยมีการควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพที่ไม่เคยเห็นมาก่อนโดยใช้การชีววิทยาแบบสังเคราะห์” เขากล่าว

แขนหุ่นยนต์และขาเทียม

บางเครื่องจักรหุ่นยนต์ เช่น แขนหุ่นยนต์และขาเทียม ต้องการข้อต่อที่เคลื่อนไหวอยู่เสมอ ซึ่งต้องการวัสดุแบบอ่อน และสิ่งเดียวกันกับเครื่องช่วยหายใจและอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลต่างๆ วัสดุเหล่านี้และวัสดุอื่นๆ ที่เคลื่อนไหวซ้ำๆ มีความเสี่ยงต่อการเกิดรอยแตกและรอยขาด ซึ่งอาจทำให้เสียหายได้ แต่ด้วยการใช้วัสดุแบบซ่อมตัวเอง รอยแตกและรอยขาดเหล่านี้สามารถซ่อมตัวเองได้อย่างรวดเร็วก่อนที่จะเกิดความเสียหายร้ายแรง

การทำซ้ำของ DNA

ทีมนักวิจัยได้สร้างพอลิเมอร์แบบซ่อมตัวเองโดยใช้การทำซ้ำของ DNA ที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนซึ่งผลิตโดยการทำซ้ำของยีน การทำซ้ำของ DNA เป็นชุดของโมเลกุลที่สามารถทำซ้ำได้ไม่จำกัด

อับดอน เปนา-ฟรานเซลช์ เป็นผู้เขียนนำของรายงานและเป็นอดีตนักศึกษาระดับ博士ในห้องปฏิบัติการของเดมิเรล

“เราสามารถลดเวลาซ่อมตัวเองจาก 24 ชั่วโมงลงเหลือ 1 วินาที ดังนั้นหุ่นยนต์แบบอ่อนของเราจึงสามารถซ่อมตัวเองได้ทันที” อับดอน เปนา-ฟรานเซลช์ กล่าว “ในธรรมชาติ การซ่อมตัวเองต้องใช้เวลานาน ในแง่นี้ เทคโนโลยีของเราสามารถเอาชนะธรรมชาติได้”

ตามเดมิเรล พอลิเมอร์แบบซ่อมตัวเองสามารถซ่อมตัวเองได้ด้วยการประยุกต์ใช้น้ำ ความร้อน และแม้กระทั่งแสง

“ถ้าคุณตัดพอลิเมอร์นี้ครึ่งหนึ่ง เมื่อมันซ่อมตัวเอง มันจะกลับมามีความแข็งแรง 100%” เดมิเรล กล่าว

เมติน ซิตติ เป็นหัวหน้าแผนกปัญญาเชิงกายภาพที่สถาบัน Max Planck สำหรับระบบอัจฉริยะในเมืองชตุตการ์ท ประเทศเยอรมนี

“วัสดุแบบซ่อมตัวเองที่มีการซ่อมตัวเองทางกายภาพเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างหุ่นยนต์แบบอ่อนและอะกูเตอร์ที่มีความทนทานและสามารถทนต่อข้อผิดพลาดในอนาคต” ซิตติ กล่าว

ทีมนักวิจัยสามารถสร้างพอลิเมอร์แบบซ่อมตัวเองที่มีการซ่อมตัวเองอย่างรวดเร็วได้โดยการปรับจำนวนการทำซ้ำของ DNA มันสามารถรักษาความแข็งแรงเดิมและในขณะเดียวกันก็สามารถทำให้พอลิเมอร์ 100% ที่สามารถย่อยสลายได้และ 100% ที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

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

พอลิเมอร์จากปิโตรเลียม

“เราต้องการลดการใช้พอลิเมอร์จากปิโตรเลียมเนื่องจากหลายสาเหตุ” เดมิเรล กล่าว “เราจะหมดปิโตรเลียมในอนาคตและปิโตรเลียมก็เป็นสาเหตุของมลพิษและlobal วอร์มมิ่ง เราไม่สามารถแข่งขันกับพลาสติกที่มีราคาถูกได้ วิธีเดียวที่จะแข่งขันได้คือการนำเสนอสิ่งที่พอลิเมอร์จากปิโตรเลียมไม่สามารถทำได้ และการซ่อมตัวเองเป็นคุณสมบัติที่ต้องการ”

ตามเดมิเรล พอลิเมอร์จากปิโตรเลียมหลายชนิดสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่ต้องนำกลับมาใช้ใหม่ในรูปแบบที่แตกต่าง

พอลิเมอร์แบบชีวมิมิกสามารถย่อยสลายได้และกรดเช่น น้ำส้มสายชูสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในรูปแบบของผงซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในรูปแบบของพอลิเมอร์แบบซ่อมตัวเองเดิม

สเตฟานี มักเอลฮินนี เป็นผู้จัดการโปรแกรมชีววิทยาที่สำนักงานวิจัยกองทัพ

“การวิจัยนี้ทำให้เราเห็นภาพของคุณสมบัติวัสดุที่สามารถเข้าถึงได้โดยการไปไกลกว่าโปรตีนที่มีอยู่ในธรรมชาติโดยใช้การชีววิทยาแบบสังเคราะห์” มักเอลฮินนี กล่าว “การซ่อมตัวเองที่รวดเร็วและแข็งแรงของโปรตีนสังเคราะห์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของแนวทางนี้ในการนำเสนอวัสดุใหม่ๆ สำหรับการใช้งานกองทัพในอนาคต เช่น อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลหรือหุ่นยนต์แบบอ่อนที่สามารถเคลื่อนไหวในพื้นที่แคบๆ”