章魚觸手帶來新突破?「快速自修復生物材料」有望在軟機器人領域獲...

2020-11-22 界面新聞

文 | 財聯社 黃君芝

近期，德國馬克斯·普朗克智能系統研究所（the Max Planck Institute for Intelligent Systems）和美國賓夕法尼亞大學（the University of Pennsylvania）的科學家們聯合研發了一種生物合成蛋白材料，通過增強串聯重複多肽的癒合性能，成功解決了自修復軟材料目前的局限性。該研究結果日前被發表在《自然材料》雜誌上，並有望在軟機器人領域獲得重要應用。

一個人的皮膚被抓傷後，傷口會在一段時間後自動癒合。如果用來製造各種產品、設備的材料，也可以在磨損、開裂之後實現自動修復，豈不是可以延長它們的壽命，並保證其性能的穩定？近年來，受生物系統損傷後能夠自我修復的啟發，人工合成的自修復生物材料受到了科學家們越來越多的關注。自修復材料是一種在結構上具有自愈能力的智能材料。

目前，科學家們正在共同努力開發一種高強度合成蛋白，可以在很短的時間內自我修復微觀和宏觀的機械損傷，完全恢復其結構和性能，並具有可編程的癒合性能。這種癒合性能為仿生材料設計提供了新的機會，並解決了目前在軟機器人和個人防護設備中使用的自修復材料的局限性。而這項最新研究的靈感竟來自於章魚的觸手。

賓夕法尼亞大學的德米雷爾教授（Demirel）說:「我們改變了章魚觸手蛋白的分子結構，以最大限度地提高這種材料的自癒合能力。在自然界中，自我修復需要很長時間，比如24小時。現在，我們把修復過程縮短到1秒鐘。」

該研究團隊的主要成員、馬克斯·普朗克智能系統研究所的Abdon Pena-Francis博士解釋說，章魚需要更長的時間才能痊癒，因為其觸手中的蛋白質分子只是簡單地交織在一起。

「但在實驗室開發的材料中，我們改變了分子的納米結構，使它們彼此連接起來。這些材料經過系統優化，以改善其氫鍵結合的納米結構和網絡形態，具有可編程的癒合特性（癒合1秒後強度為2 - 23MPa），癒合速度和強度均超過其他天然和合成軟材料的好幾倍。」他補充說。

該研究所的Metin Siti教授帶領其團隊研究了如何在軟體機器人中使用這種自修復軟材料。研究人員設計並製造了一種氣動的軟促動器，並構建軟夾持器，這是軟機器人技術在食品、製藥、包裝和零售行業中很有希望的應用。此外，生物合成蛋白材料為軟機器人更接近模擬複雜生物系統提供了一個有前途的平臺，並為多功能軟機器人提供了廣泛的設計空間。

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    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp北航研製成功仿生軟體機器人 形似章魚觸手&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp發布時間：2017-03-30 19:24來源：新華社作者
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