软机器人执行器可以自我修复

重复的活动会磨损软机器人致动器，但是这些机器的运动部件必须可靠且易于固定。现在，一组研究人员拥有一种以鱿鱼齿状牙齿为图案的生物合成聚合物，该聚合物具有自我修复和可生物降解的特性，不仅可以制造用于致动器的材料，而且还可以用于危险品防护服和其他可能导致危险的细孔应用。

研究人员在今天的《自然材料》杂志上报告说：“目前的自愈材料具有限制其实际应用的缺点，如低的治疗强度和较长的治疗时间(小时)。”

研究人员产生了高强度的合成蛋白，可模仿自然界中发现的蛋白。就像它们被图案化的生物一样，蛋白质可以自我修复微小和可见的损伤。

工程科学与力学教授，劳埃德(Lloyd)和多萝西·福尔(Dorothy Foehr)赫克(Hloyd Huck)仿生材料系主任，工程师梅利克·德米雷尔(Melik Demirel)表示：“我们的目标是使用合成生物学技术创建一种能够对其物理特性进行空前控制的自修复可编程材料。”

工业机器人手臂和假肢腿中的机器人机器具有可移动的关节，并且需要柔软的材料来适应这种运动。各种呼吸机和个人防护设备也是如此。但是，在不断重复运动下的所有材料都会产生微小的撕裂和裂缝，并最终断裂。使用自我修复材料，可以在发生灾难性故障之前修复最初的微小缺陷。

Demirel的团队通过使用一系列由基因复制产生的氨基酸组成的DNA串联重复序列，创建了自我修复的聚合物。串联重复序列通常是排列成可重复多次的短分子序列。研究人员在标准细菌生物反应器中制造聚合物。

该论文的主要作者，曾在Demirel实验室工作的博士生Abdon Pena-Francelsch说：“我们能够将典型的24小时治愈时间缩短到一秒钟，因此我们基于蛋白质的软机器人现在可以立即进行自我修复。”“在自然界中，自我修复需要很长时间。从这个意义上说，我们的技术要胜过自然界。”

这种自愈聚合物可以通过加水和加热来治愈，尽管黛米雷尔说，它也可以利用光来治愈。

Demirel说：“如果将这种聚合物切成两半，当它愈合时，它会恢复其强度的100%。”

德国斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所物理情报系主任Metin Sitti及其团队正在研究这种聚合物，制造并修复孔洞。然后，他们创建了软执行器，这些执行器经过使用后破裂并实时修复-大约一秒钟。

Sitti说：“自我修复的物理智能软材料对于在不久的将来构建坚固耐用且容错的软机器人和执行器至关重要。”

通过调整串联重复的数目，Demirel的团队创造了一种柔软的聚合物，该聚合物可以快速愈合并保持其原始强度，但他们还可以制造出一种可100%可生物降解且100%可循环利用的聚合物。

Demirel说：“出于多种原因，我们希望尽量减少使用石油基聚合物。”“迟早我们将耗尽石油，而且石油还会污染并导致全球变暖。我们无法与真正便宜的塑料竞争。唯一的竞争方法是提供石油基聚合物无法提供的东西并自我修复提供了所需的性能。”

Demirel解释说，尽管许多石油基聚合物可以回收利用，但它们又被回收利用成不同的形式。例如，聚酯T恤可以回收到瓶中，但不能再回收到聚酯纤维中。

就像乌贼中的聚合物模仿海洋中的生物降解一样，仿生聚合物也会生物降解。通过添加酸(例如醋)，该聚合物也将再循环成粉末，然后可以再次制成相同的，柔软的，可自愈的聚合物。

美国陆军作战能力发展司令部陆军研究部的陆军研究办公室生物化学项目经理Stephanie McElhinny说：“这项研究阐明了通过使用合成生物学方法超越自然界中存在的蛋白质而可以获取的材料特性的格局。”实验室。“这些合成蛋白的快速和高强度自我修复证明了这种方法的潜力，可以为陆军未来的应用提供新颖的材料，例如可以在密闭空间中操纵的个人防护设备或柔性机器人。”

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