I ricercatori sviluppano attuatori robotici auto-curativi
Un team di ricercatori della Penn State University ha sviluppato una soluzione all’usura degli attuatori robotici morbidi a causa di attività ripetute: un polimero biosintetico autorigenerante basato su denti di calamari. Il materiale è vantaggioso per gli attuatori, ma potrebbe anche essere applicato ovunque che piccoli fori possano causare problemi, come le tute Hazmat.
Secondo il rapporto su Nature Materials , “Gli attuali materiali autorigeneranti presentano carenze che ne limitano l’applicazione pratica, come bassa forza di guarigione e lunghi tempi di guarigione (ore)”.
Traendo ispirazione da creature autorigeneranti in natura, i ricercatori hanno creato proteine sintetiche ad alta resistenza. Sono in grado di auto-curare i danni minuti e visibili.
Melik Demirel è professore di ingegneria e scienze meccaniche e titolare della cattedra Lloyd e Dorothy Foehr Huch in materiali biomimetici.
“Il nostro obiettivo è creare materiali programmabili autorigeneranti con un controllo senza precedenti sulle loro proprietà fisiche utilizzando la biologia sintetica”, ha affermato.
Bracci robotici e protesi
Alcune macchine robotiche, come le braccia robotiche e le gambe protesiche, si basano su articolazioni in costante movimento. Ciò richiede un materiale morbido, e lo stesso vale per i ventilatori e vari tipi di dispositivi di protezione individuale. Questi materiali, e quelli che subiscono un continuo movimento ripetitivo, sono a rischio di sviluppare piccole lacrime e crepe, che alla fine si rompono. Con l’uso di materiale autorigenerante, queste minuscole lacrime possono essere riparate rapidamente prima che si verifichino danni gravi.
Ripetizioni in tandem del DNA
Il team di ricercatori ha creato il polimero autorigenerante utilizzando una serie di ripetizioni in tandem del DNA costituite da aminoacidi prodotti dalla duplicazione genica. Le ripetizioni in tandem sono spesso una breve serie di molecole che possono ripetersi un numero illimitato di volte.
“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”, ha affermato Abdon Pena-Francelsch. “In natura, l’autoguarigione richiede molto tempo. In questo senso, la nostra tecnologia supera la natura. “
Secondo Demirel, il polimero autorigenerante può guarire se stesso con l’applicazione di acqua, calore e persino luce.
“Se tagli questo polimero a metà, quando guarisce, riacquista il 100% della sua forza”, ha detto Demirel.
Metin Sitti è direttore del dipartimento di intelligenza fisica presso Max Planck Instiute for Intelligent Systems, Stoccarda, Germania.
“I materiali morbidi fisicamente intelligenti autoriparanti sono essenziali per la realizzazione di robot e attuatori robusti e resistenti ai guasti nel prossimo futuro”, ha affermato Sitti.
Il team è stato in grado di creare il polimero morbido a rapida guarigione regolando il numero di ripetizioni in tandem. È in grado di mantenere la sua resistenza originale e, allo stesso tempo, è stato in grado di rendere il polimero biodegradabile al 100% e riciclabile al 100% nello stesso polimero.
Polimeri a base di petrolio
“Vogliamo ridurre al minimo l’uso di polimeri a base di petrolio per molte ragioni”, ha detto Demirel. “Prima o poi finiremo il petrolio ed è anche inquinante e causa il riscaldamento globale. Non possiamo competere con le materie 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. “
Secondo Demirel, molti dei polimeri a base di petrolio sono in grado di essere riciclati, ma deve essere in qualcosa di diverso.
I polimeri biomimetici sono in grado di biodegradarsi e acidi come l’aceto sono in grado di riciclarlo in una polvere che può quindi essere prodotta nel polimero autorigenerante originale.
Stephanie McElhinny è direttrice di un programma di biochimica presso l’ufficio di ricerca dell’esercito.
“Questa ricerca illumina il panorama delle proprietà dei materiali che diventano accessibili andando oltre le proteine che esistono in natura usando approcci di biologia sintetica”, ha affermato McElhinny. “L’auto-guarigione rapida e ad alta resistenza di queste proteine sintetiche dimostra il potenziale di questo approccio per fornire nuovi materiali per le future applicazioni dell’esercito, come dispositivi di protezione individuale o robot flessibili che potrebbero manovrare in spazi ristretti.”
