La actividad repetida se desgasta en los actuadores robóticos blandos, pero las partes móviles de estas máquinas deben ser confiables y fáciles de arreglar. Ahora, un equipo de investigadores tiene un polímero biosintético, con un patrón de dientes anulares de calamar, que es autocurativo y biodegradable, creando un materialno solo es bueno para actuadores, sino también para trajes de materiales peligrosos y otras aplicaciones donde los orificios diminutos pueden causar un peligro.
"Los materiales de autocuración actuales tienen deficiencias que limitan su aplicación práctica, como una fuerza de curación baja y tiempos de curación prolongados horas", informa el investigador en la edición de hoy de Materiales naturales .
Los investigadores produjeron proteínas sintéticas de alta resistencia que imitan a las que se encuentran en la naturaleza. Al igual que las criaturas en las que están modeladas, las proteínas pueden autocurarse tanto en daños diminutos como visibles.
"Nuestro objetivo es crear materiales programables autocurativos con un control sin precedentes sobre sus propiedades físicas utilizando biología sintética", dijo Melik Demirel, profesor de ingeniería y mecánica y titular de la cátedra Lloyd and Dorothy Foehr Huck en materiales biomiméticos.
Las máquinas robóticas de brazos robóticos industriales y piernas protésicas tienen articulaciones que se mueven y requieren un material suave que se adapte a este movimiento. Al igual que los ventiladores y equipos de protección personal de varios tipos. Pero todos los materiales sometidos a movimientos repetitivos continuos desarrollan pequeños desgarros y grietasy eventualmente se rompen. Usando un material autocurativo, los pequeños defectos iniciales se pueden reparar antes de que ocurra una falla catastrófica.
El equipo de Demirel crea el polímero autorreparable mediante el uso de una serie de repeticiones en tándem de ADN formadas por aminoácidos producidos por la duplicación de genes. Las repeticiones en tándem suelen ser series cortas de moléculas dispuestas para repetirse cualquier cantidad de veces. Los investigadores fabrican el polímeroen biorreactores bacterianos estándar.
"Pudimos reducir un período de curación típico de 24 horas a un segundo para que nuestros robots blandos basados en proteínas ahora puedan repararse a sí mismos de inmediato", dijo Abdon Pena-Francelsch, autor principal del artículo y ex estudiante de doctorado en Demirel'slaboratorio. "En la naturaleza, la autocuración lleva mucho tiempo. En este sentido, nuestra tecnología supera a la naturaleza".
El polímero autocurativo cura con la aplicación de agua y calor, aunque Demirel dijo que también podría curar con luz.
"Si corta este polímero a la mitad, cuando se cura, recupera el 100 por ciento de su fuerza", dijo Demirel.
Metin Sitti, director, Departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, Stuttgart, Alemania, y su equipo, estaban trabajando con el polímero, creando agujeros y curándolos. Luego crearon actuadores suaves que, con el uso, se agrietarony luego sanó en tiempo real, aproximadamente un segundo.
"Los materiales blandos físicamente inteligentes autorreparables son esenciales para construir robots blandos y actuadores robustos y tolerantes a fallas en el futuro cercano", dijo Sitti.
Al ajustar el número de repeticiones en tándem, el equipo de Demirel creó un polímero suave que se curaba rápidamente y conservaba su fuerza original, pero también crearon un polímero que es 100% biodegradable y 100% reciclable en el mismo polímero original.
"Queremos minimizar el uso de polímeros a base de petróleo por muchas razones", dijo Demirel. "Tarde o temprano nos quedaremos sin petróleo y también está contaminando y causando el calentamiento global. No podemos competir con losplásticos económicos. La única forma de competir es suministrar algo que los polímeros a base de petróleo no pueden ofrecer y la autocuración proporciona el rendimiento necesario ".
Demirel explicó que, si bien muchos polímeros a base de petróleo se pueden reciclar, se reciclan en algo diferente. Por ejemplo, las camisetas de poliéster se pueden reciclar en botellas, pero no en fibras de poliéster nuevamente.
Al igual que el calamar, el polímero imita la biodegradación en el océano, el polímero biomimético se biodegradará. Con la adición de un ácido como el vinagre, el polímero también se reciclará en un polvo que se volverá a fabricar en el mismo, suave y autocurativo.polímero.
"Esta investigación ilumina el panorama de las propiedades de los materiales que se vuelven accesibles al ir más allá de las proteínas que existen en la naturaleza utilizando enfoques de biología sintética", dijo Stephanie McElhinny, gerente del programa de bioquímica, Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU.Laboratorio de Investigación del Ejército. "La autocuración rápida y de alta resistencia de estas proteínas sintéticas demuestra el potencial de este enfoque para entregar materiales novedosos para futuras aplicaciones del Ejército, como equipos de protección personal o robots flexibles que podrían maniobrar en espacios confinados".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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