A atividade repetida desgasta os atuadores robóticos suaves, mas as peças móveis dessas máquinas precisam ser confiáveis ​​e facilmente consertadas. Agora, uma equipe de pesquisadores tem um polímero biossintético, padronizado após os dentes do anel de lula, que é autocurável e biodegradável, criando um material não apenas bom para atuadores, mas também para roupas anti-risco e outras aplicações onde pequenos orifícios podem causar perigo.

"Os materiais de autocura atuais têm deficiências que limitam sua aplicação prática, como baixa força de cura e longos tempos de cura (horas), "o relatório do pesquisador na edição de hoje da Materiais da Natureza .

Os pesquisadores produziram proteínas sintéticas de alta resistência que imitam as encontradas na natureza. Como as criaturas que os modelam, as proteínas podem se auto-curar tanto em danos diminutos quanto visíveis.

"Nosso objetivo é criar materiais programáveis ​​de autocura com controle sem precedentes sobre suas propriedades físicas usando biologia sintética, "disse Melik Demirel, professor de ciências da engenharia e mecânica e titular da cátedra Lloyd e Dorothy Foehr Huck em Materiais Biomiméticos.

As máquinas robóticas de braços robóticos industriais e pernas protéticas têm articulações que se movem e requerem um material macio que acomode esse movimento. O mesmo acontece com ventiladores e equipamentos de proteção individual de vários tipos. Mas, todos os materiais sob movimento repetitivo contínuo desenvolvem pequenos rasgos e rachaduras e, eventualmente, quebram. Usando um material de autocura, os minúsculos defeitos iniciais podem ser reparados antes que ocorra uma falha catastrófica.

A equipe de Demirel cria o polímero de autocura usando uma série de repetições em tandem de DNA compostas de aminoácidos produzidos pela duplicação de genes. As repetições em tandem geralmente são séries curtas de moléculas dispostas para se repetir um determinado número de vezes. Os pesquisadores fabricam o polímero em biorreatores bacterianos padrão.

"Conseguimos reduzir um período típico de cura de 24 horas para um segundo, de modo que nossos robôs soft baseados em proteínas agora podem se reparar imediatamente, "disse Abdon Pena-Francelsch, autor principal do artigo e ex-aluno de doutorado no laboratório de Demirel. "Na natureza, a autocura leva muito tempo. Nesse sentido, nossa tecnologia supera a natureza. "

O polímero de autocura cura com a aplicação de água e calor, embora Demirel disse que também pode curar usando a luz.

"Se você cortar este polímero ao meio, quando se cura, ele recupera 100 por cento de sua força, "disse Demirel.

Metin Sitti, diretor, Departamento de Inteligência Física do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, Stuttgart, Alemanha, e sua equipe, estavam trabalhando com o polímero, criando buracos e curando-os. Eles então criaram atuadores suaves que, através do uso, rachou e curou em tempo real - cerca de um segundo.

"Materiais macios fisicamente inteligentes de autorreparação são essenciais para construir robôs e atuadores macios robustos e tolerantes a falhas em um futuro próximo, "disse Sitti.

Ajustando o número de repetições tandem, A equipe de Demirel criou um polímero macio que cicatrizou rapidamente e manteve sua força original, mas eles também criaram um polímero que é 100% biodegradável e 100% reciclável no mesmo, polímero original.

"Queremos minimizar o uso de polímeros à base de petróleo por muitos motivos, "disse Demirel." Mais cedo ou mais tarde vamos ficar sem petróleo e ele também está poluindo e causando o aquecimento global. Não podemos competir com os plásticos realmente baratos. A única maneira de competir é fornecer algo que os polímeros à base de petróleo não podem oferecer e a autocura fornece o desempenho necessário. "

Demirel explicou que embora muitos polímeros à base de petróleo possam ser reciclados, eles são reciclados em algo diferente. Por exemplo, camisetas de poliéster podem ser recicladas em garrafas, mas não em fibras de poliéster novamente.

Assim como a lula, o polímero imita a biodegradação no oceano, o polímero biomimético irá biodegradar. Com a adição de um ácido como o vinagre, o polímero também será reciclado em um pó que pode ser novamente fabricado no mesmo, suave, polímero de autocura.

"Esta pesquisa ilumina a paisagem das propriedades materiais que se tornam acessíveis indo além das proteínas que existem na natureza usando abordagens de biologia sintética, "disse Stephanie McElhinny, gerente do programa de bioquímica, Escritório de Pesquisa do Exército, um elemento do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA. "A autocura rápida e de alta resistência dessas proteínas sintéticas demonstra o potencial desta abordagem para fornecer novos materiais para futuras aplicações do Exército, como equipamentos de proteção individual ou robôs flexíveis que podem manobrar em espaços confinados. "