Синтетические мышцы на роботах заживают за секунду

Мягкие роботизированные приводы быстро изнашиваются при часто повторяющихся действиях — эта проблема подтолкнула ученых к созданию нового биосинтетического полимера. Его основная идея заимствована у кольцевых зубов кальмара — материал самовосстанавливается по такому же принципу, причем всего за одну секунду.

В последнее время научный мир проявляет активный интерес к материалам, которые могут сами восстанавливаться после повреждения. Такие материалы открывают интересные новые возможности: например, в будущем из них можно создавать устойчивые к царапинам покрытия автомобилей и космических кораблей. Так, недавно разработанный материал способен восстанавливаться гораздо быстрее большинства аналогов — буквально за одну секунду.

Материал разработали ученые из Университета Пенсильвании и Института интеллектуальных систем Макса Планка при участии Исследовательского офиса армии США (ARO) в попытке найти более прочные и надежные решения для мягких роботизированных приводов. 

Обычно движущиеся части («суставы») робомашин с роборуками и робоногами изготовлены из мягких материалов. Но из-за постоянно повторяющихся движений на таких материалах образуются крошечные разрывы и трещины, и в конечном итоге движущиеся части роботизированных механизмов выходят из строя. При использовании самовосстанавливающегося материала начальные дефекты можно исправить до того, как произойдет полный отказ механизма.

В поисках инновационного решения исследователи обратили внимание на кольцевые зубы кальмаров, которые те используют, чтобы цепляться за свою добычу. В этих зубах содержатся белки со смесью мягких и твердых компонентов, которые восстанавливают зубы при их поломке. Мягкие составляющие способствуют слиянию разрушенных белков, в то время как твердые элементы обеспечивают зубам структурную целостность и прочность.

Постоянно меняя и комбинируя в бактериальном биореакторе повторяющиеся последовательности, из которых состоят эти особые белки, команда ученых смогла создать синтетическую версию нужной комбинации с повторяющимися наборами аминокислот. По аналогии с зубами кальмара полученный полимер способен сам себя восстанавливать под действием воды и тепла, причем всего за одну секунду. Типичный же период заживления таких материалов — около 24 часов. 

Выяснилось, что даже когда материал разрезают пополам, он может восстановить все 100% от своей первоначальной прочности, тогда как аналогичные полимеры отличает низкий уровень заживления.

{video id="215"}

Процесс самозаживления полимера можно увидеть на видео Университета штата Пенсильвания

Кроме того, материал полностью биоразлагаем и перерабатывается в исходный полимер. Этим он отличается от многих полимеров на нефтяной основе, которые можно переработать только во что-то другое. К тому же нефть загрязняет окружающую среду и в конечном итоге провоцирует глобальное потепление.

Исследователи предполагают, что помимо мягкой робототехники, свое применение новый материал может найти и в других областях. Например, его можно использовать в защитных костюмах, где необходимо быстро устранить повреждения, или в вентиляционном оборудовании.