Roboty zdolne do samoleczenia mogą regenerować się po uszkodzeniach bez potrzeby ludzkiej pomocy

Naukowcy opracowali hydrożel, który naśladuje ludzką skórę, łącząc siłę, elastyczność i zdolność do samonaprawy.

Stworzony przez naukowców z Uniwersytetu Aalto i Uniwersytetu w Bayreuth, ten materiał jest w stanie naprawić 80-90% cięć w zaledwie cztery godziny i całkowicie się zregenerować w ciągu 24 godzin, co stanowi znaczący postęp w dziedzinie nauki o materiałach

Innowacyjny design hydrożelu opiera się na ultracienkich nanopłytach glinianych, które tworzą gęstą sieć polimerów, zwiększając jego trwałość, a jednocześnie zachowując zdolność do samonaprawy. Badacze osiągnęli to, mieszając proszek monomeru z wodą zawierającą nanopłaszczyzny i wystawiając roztwór na światło UV.

„Promieniowanie UV z lampy powoduje, że poszczególne cząsteczki łączą się ze sobą, tworząc elastyczną substancję stałą – żel,” wyjaśnia Chen Liang, jeden z autorów badania, jak podano na stronie Interesting Engineering.

Klucz do samouzdrawiającej się zdolności hydrożelu leży w splątaniu jego polimerów. „Splątanie oznacza, że cienkie warstwy polimerów zaczynają się nawijać na siebie, jak małe kłębki wełny, ale w losowym porządku,” powiedziała Hang Zhang z Uniwersytetu Aalto, jak donoszą na stronie Eurekalert.

„Gdy polimery są całkowicie splątane, stają się nierozróżnialne od siebie. Są bardzo dynamiczne i ruchliwe na poziomie molekularnym, a kiedy je przecinasz, zaczynają się ponownie splatać,” dodała.

Próbka hydrożelu o grubości jednego milimetra zawiera około 10 000 warstw nanocząsteczek, dzięki czemu jest równie sztywna jak ludzka skóra, jednocześnie zachowując elastyczność. Szybkie samouzdrawianie się i trwałość tego materiału czynią go obiecującym kandydatem do zastosowań w sztucznej skórze, miękkiej robotyce i technologiach biomedycznych.

„Ta praca to ekscytujący przykład, jak materiały biologiczne inspirują nas do poszukiwania nowych kombinacji właściwości dla materiałów syntetycznych. Wyobraź sobie roboty z wytrzymałą, samouzdrawiającą się skórą lub syntetyczne tkanki, które samodzielnie się naprawiają,” powiedziała Olli Ikkala z Uniwersytetu Aalto, jak podano na Eurekalert.

„To jest rodzaj fundamentalnego odkrycia, które mogłoby odnowić zasady projektowania materiałów,” dodał.

Syntetyczne nanopłaszczyzny gliny użyte w hydrożelu zostały opracowane przez profesora Josefa Breu na Uniwersytecie w Bayreuth. Badanie, opublikowane w Nature Materials, stanowi znaczący krok w kierunku materiałów inspirowanych biologicznie, które mogłyby przekształcić wiele branż, od gojenia ran po dostarczanie leków i robotykę.

Podczas gdy rzeczywiste zastosowania nadal są w fazie rozwoju, potencjał tej technologii jest ogromny.

Naukowcy wierzą, że dzięki dalszym ulepszeniom, samonaprawiające się syntetyczne tkanki, elastyczne skóry robotów i materiały medyczne z autonomicznymi zdolnościami naprawy mogą wkrótce stać się rzeczywistością.