用于软性机器的自愈合材料

先前可变形的分子自愈材料需要几个小时甚至几天才能粘合在一起，通常在被刺穿或切割的地方强度很低。然而，这种新的可伸缩材料在眨眼之间就能完全恢复其结构和性能，而且它可以一次又一次地这样做。“我们已经开发了一种新材料，它可以在不失去强度的情况下更快地愈合。我们用各种极端的机械损伤来测试它，并在几秒钟内修复它，”该论文的主要作者Abdon Pena-Francesch博士说。

自愈柔软的材料吸引了科学界越来越多的兴趣，特别是在机器人在那里，这种超自然的物质可以扭转局势，使一系列机器人在日常生活中应用。如果有一天机器人要在非常动态和不可预测的环境中与人类一起工作或支持人类，机器人需要材料的柔软性，以保证灵活性和顺应性。然而，材料越软，就越容易受到破坏。这限制了机器人的寿命和性能，从而限制了它的实际应用。瞬时自愈能力可以弥补这个缺点。在未来，不可战胜的自我修复机器人可以被广泛应用于灾难恢复等领域。或者，这种材料可以用于防护服，在被划伤后可以立即自我修复。

Pena-Francesch博士和他的合著者Huihun Jung博士、PSU的Melik C. Demirel教授以及MPI-IS物理智能系主任Metin Sitti教授，从自然和地球奇观中寻找如何构建这样一种智能材料的指导。德米雷尔教授说:“我们的目标是利用合成生物学，创造出具有前所未有的物理特性的自修复可编程材料。”他和他的团队研究了鱿鱼蛋白质的分子结构和氨基酸序列，并利用蛋白质工程开发了一种新的生物合成材料。他补充说:“我们以这样一种方式构建了分子结构，我们可以对其自我修复特性进行编程。”“我们能够将典型的24小时愈合期缩短到1秒，所以我们的蛋白质基础柔软的机器人现在可以立即自我修复。在自然界中，自我修复需要很长时间。从这个意义上说，我们的技术胜过了自然，”Pena-Francesch说，他多年来一直在开发自愈材料。

乌贼需要更长的时间来愈合，因为它的触须内蛋白质的分子结构并没有完全缠绕在一起。利用实验室开发的鱿鱼灵感材料，科学家们改变了分子的纳米结构，直到他们在所有分子之间建立了交联。“一个只有几个点相连的网络会有缺陷，它的性能也不会那么好。Pena-Francesch补充道。此外，虽然大多数聚合物和其他柔性材料的分子具有永久的连接，不能重新连接在一起，但新材料的每一个物理交联都是可逆的。由于氢键的速度越来越快，连接又回到了材料受损的位置。

具有前所未有的自愈特性的超分子网络不仅开辟了机器人技术潜在应用的广阔领域。Metin Sitti教授说:“在不久的将来，自我修复的物理智能软材料对于构建健壮的、容错的软机器人和驱动器至关重要。”西蒂和他在MPI-IS的团队计划将这种自我修复的软材料用于他们对医用软机器人以及机器人抓手的研究。由于柔软的材料可以适应不同的形状，非常灵活，它是有用的起重物体。如果一个物体在携带过程中撕裂了材料，它可以很容易地自我修复。

这项研究发表在自然材料．