L'attività ripetuta si consuma su attuatori robotici morbidi, ma le parti mobili di queste macchine devono essere affidabili e facilmente riparabili. Ora un team di ricercatori ha un polimero biosintetico, modellato dopo i denti dell'anello di calamaro, che è autoguarigione e biodegradabile, creando un materiale non solo buono per gli attuatori, ma anche per tute ignifughe e altre applicazioni in cui piccoli fori potrebbero causare un pericolo.

"Gli attuali materiali autorigeneranti hanno carenze che ne limitano l'applicazione pratica, come bassa forza di guarigione e lunghi tempi di guarigione (ore), " il rapporto del ricercatore nel numero di oggi di Materiali della natura .

I ricercatori hanno prodotto proteine ​​sintetiche ad alta resistenza che imitano quelle presenti in natura. Come le creature su cui sono modellati, le proteine ​​possono auto-guarire sia danni minimi che visibili.

"Il nostro obiettivo è creare materiali programmabili autorigeneranti con un controllo senza precedenti sulle loro proprietà fisiche utilizzando la biologia sintetica, " ha detto Melik Demirel, professore di ingegneria e meccanica e titolare della cattedra Lloyd e Dorothy Foehr Huck in materiali biomimetici.

Le macchine robotiche di bracci robotici industriali e gambe protesiche hanno articolazioni che si muovono e richiedono un materiale morbido che si adatti a questo movimento. Così come i ventilatori e i dispositivi di protezione individuale di vario genere. Ma, tutti i materiali sottoposti a continui movimenti ripetitivi sviluppano piccoli strappi e crepe e alla fine si rompono. Utilizzando un materiale di autoguarigione, i piccoli difetti iniziali sono riparabili prima che si verifichi un guasto catastrofico.

Il team di Demirel crea il polimero autorigenerante utilizzando una serie di ripetizioni in tandem del DNA costituite da amminoacidi prodotti dalla duplicazione genica. Le ripetizioni in tandem sono solitamente brevi serie di molecole disposte per ripetersi un numero qualsiasi di volte. I ricercatori producono il polimero in bioreattori batterici standard.

"Siamo stati in grado di ridurre un tipico periodo di guarigione di 24 ore a un secondo in modo che i nostri robot morbidi a base di proteine ​​​​possano ora ripararsi immediatamente, " disse Abdon Pena-Francelsch, autore principale dell'articolo ed ex studente di dottorato nel laboratorio di Demirel. "In natura, l'autoguarigione richiede molto tempo. In questo senso, la nostra tecnologia supera in astuzia la natura."

Il polimero autorigenerante guarisce con l'applicazione di acqua e calore, anche se Demirel ha detto che potrebbe anche guarire usando la luce.

"Se tagli a metà questo polimero, quando guarisce recupera il 100% della sua forza, " disse Demirel.

Metin Sitti, direttore, Dipartimento di Intelligenza Fisica presso il Max Planck Institute for Intelligent Systems, Stoccarda, Germania, e la sua squadra, stavano lavorando con il polimero, creando buchi e guarendoli. Hanno quindi creato attuatori morbidi che, attraverso l'uso, rotto e poi guarito in tempo reale, circa un secondo.

"I materiali morbidi fisicamente intelligenti autoriparanti sono essenziali per costruire robot e attuatori morbidi robusti e tolleranti ai guasti nel prossimo futuro, " ha detto Sitti.

Regolando il numero di ripetizioni in tandem, Il team di Demirel ha creato un polimero morbido che è guarito rapidamente e ha mantenuto la sua forza originale, ma hanno anche creato un polimero biodegradabile al 100% e riciclabile al 100% nello stesso, polimero originale.

"Vogliamo ridurre al minimo l'uso di polimeri a base di petrolio per molte ragioni, ", ha detto Demirel. "Prima o poi finiremo il petrolio e anche questo inquina e causa il riscaldamento globale. Non possiamo competere con le plastiche davvero economiche. L'unico modo per competere è fornire qualcosa che i polimeri a base di petrolio non possono fornire e l'autoguarigione fornisce le prestazioni necessarie".

Demirel ha spiegato che mentre molti polimeri a base di petrolio possono essere riciclati, vengono riciclati in qualcosa di diverso. Per esempio, le t-shirt in poliestere possono essere riciclate in bottiglie, ma non di nuovo nelle fibre di poliestere.

Proprio come il calamaro imitato dal polimero si biodegrada nell'oceano, il polimero biomimetico si biodegraderà. Con l'aggiunta di un acido come l'aceto, il polimero si riciclerà anche in una polvere che è di nuovo fabbricabile nello stesso, morbido, polimero autorigenerante.

"Questa ricerca illumina il panorama delle proprietà dei materiali che diventano accessibili andando oltre le proteine ​​che esistono in natura utilizzando approcci di biologia sintetica, "ha detto Stephanie McElhinny, responsabile del programma di biochimica, Ufficio di ricerca dell'esercito, un elemento del laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti. "L'auto-guarigione rapida e ad alta resistenza di queste proteine ​​sintetiche dimostra il potenziale di questo approccio per fornire nuovi materiali per future applicazioni dell'esercito, come dispositivi di protezione individuale o robot flessibili in grado di manovrare in spazi ristretti".