Επιστήμονες αναπτύσσουν υλικό που αυτοεπιδιορθώνεται σε δευτερόλεπτα

Γερμανοί και οι Αμερικανοί επιστήμονες αναπτύσσουν ένα καινοτόμο υλικό που μπορεί να επιδιορθωθεί μόνο του μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Οι ερευνητές το κατάφεραν αυτό, αλλάζοντας τη νανοδομή ενός νέου υλικού που μπορεί να αλλάξει ριζικά την έρευνα στον τομέα της ρομποτικής.

Ερευνητές στο Ινστιτούτο Max Planck για Ευφυή Συστήματα (MPI–IS) στη Στουτγκάρδη της Γερμανίας και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια (PSU) στις ΗΠΑ, κατάφεραν να το κάνουν αυτό αλλάζοντας τη νανοδομή ενός νέου τύπου υλικού «έως ότου να μπορεί να ανακτήσει πλήρως τη δομή και τις ιδιότητές του μετά από κοπή ή διάτρηση». Αυτό το υλικό, το οποίο έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στον τομέα της μαλακής ρομποτικής, το εμπνεύστηκαν οι επιστήμονες από τα καλαμάρια!

Το νέο υλικό, μπορεί να αποκαταστήσει πλήρως τη δομή και τις ιδιότητές του σε μια στιγμή. «Το έχουμε καταστρέψει με διάφορους τρόπους και κάθε φορά έχει επιδιορθωθεί μόνο του, μέσα σε δευτερόλεπτα», δηλώνει ο Abdon Pena–Francesch, κύριος συγγραφέας του άρθρου που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature Materials».

Στην επιστήμη, τέτοιου τύπου υλικά διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο, ειδικά στον τομέα της ρομποτικής. «Εάν τα ρομπότ υποστηρίζουν μια μέρα άτομα σε πολύ δυναμικά και απρόβλεπτα περιβάλλοντα, θα πρέπει να είναι κατασκευασμένα από εύκαμπτο και ανθεκτικό υλικό», τονίζουν οι ερευνητές. Αλλά όσο πιο μαλακά είναι τα ρομπότ, τόσο πιο γρήγορα διαλύεται το υλικό. Αυτό έχει αντίκτυπο τόσο στην ανθεκτικότητα όσο και στις δυνατότητες εφαρμογής τους. Ωστόσο, εάν το υλικό μπορούσε να επιδιορθωθεί σε ριπή οφθαλμού, οποιαδήποτε ζημιά δεν θα αποτελούσε πρόβλημα.

Ο Pena–Francesch και οι συν-συγγραφείς του, στράφηκαν στις φυσικές θεραπευτικές δυνάμεις του καλαμαριού. «Στόχος μας ήταν να χρησιμοποιήσουμε τη συνθετική βιολογία για να δημιουργήσουμε ένα αυτο-επιδιορθώσιμο, προγραμματιζόμενο υλικό με φυσικές ιδιότητες που θα μπορούσαμε να ελέγξουμε», δήλωσε ο καθηγητής.

Αφού μελέτησε προσεκτικά τη μοριακή δομή και τις αλληλουχίες αμινοξέων των πρωτεϊνών των καλαμαριών, η ομάδα χρησιμοποίησε την πρωτεϊνική μηχανική για να αναπτύξει το εύκαμπτο υλικό που μοιάζει με καουτσούκ. «Αλλάξαμε τη μοριακή δομή με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορέσουμε να ωθήσουμε τις ιδιότητες αυτο-επιδιόρθωσης του υλικού στο όριο», συνεχίζει ο καθηγητής. «Καταφέραμε να συντομεύσουμε μια περίοδο ανάκαμψης 24 ωρών σε ένα δευτερόλεπτο. Τα μαλακά ρομπότ που κατασκευάστηκαν από αυτό το υλικό θα μπορούσαν να επισκευαστούν τώρα».

Στη φύση, το καλαμάρι χρειάζεται πολύ περισσότερο χρόνο για να επουλωθεί, επειδή τα μόρια πρωτεΐνης στα πλοκάμια τους είναι χαλαρά συνδεδεμένα. Το υλικό που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο τροποποιήθηκε από τους ερευνητές με τέτοιο τρόπο ώστε όλα τα μόρια να συνδέονται μεταξύ τους. «Ένα δίκτυο στο οποίο μόνο λίγα σημεία είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους έχει και αδύναμα σημεία, συνδέοντάς τα όμως, καταφέραμε να βελτιώσουμε το υλικό», εξηγεί ο Pena–Francesch.