近日，德國(guó)馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所和美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)合研發(fā)一種生物合成蛋白材料，通過(guò)強(qiáng)化串聯(lián)重復(fù)多肽的愈合性能，成功解決了自修復(fù)軟材料目前的局限性。該研究有望在軟機(jī)器人領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，相關(guān)成果發(fā)表在近日的《自然材料》雜志上。

自修復(fù)材料是一類擁有結(jié)構(gòu)上具有自愈合能力的智能材料。近年來(lái)，人工合成的自修復(fù)生物材料越來(lái)越受到科學(xué)家的關(guān)注，其靈感來(lái)自于在受傷后能自我修復(fù)的生物系統(tǒng)。

目前，科學(xué)家合作研發(fā)一種高強(qiáng)度合成蛋白，可以在很短的時(shí)間內(nèi)自我修復(fù)微觀和宏觀的機(jī)械損傷，完全恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和性能，并且具有可編程的愈合特性。這種愈合性能為生物啟發(fā)性材料設(shè)計(jì)提供了新的機(jī)會(huì)，并解決了目前用于軟機(jī)器人和個(gè)人防護(hù)設(shè)備的自修復(fù)材料的局限性。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的德米雷爾教授說(shuō)，我們改變了章魚觸手蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，以便將材料的自我修復(fù)能力發(fā)揮到極致。在自然界中，自我修復(fù)需要很長(zhǎng)時(shí)間，例如24小時(shí)。現(xiàn)在，我們將修復(fù)過(guò)程縮短到1秒鐘。

研究團(tuán)隊(duì)主要成員馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的阿布頓·佩納-弗朗切斯博士解釋道，章魚需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能愈合，因?yàn)槠溆|手中的蛋白質(zhì)分子只是簡(jiǎn)單地交織在一起。而在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的材料中，我們改變了分子的納米結(jié)構(gòu)，使它們相互連接。這些材料經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，以改善其氫鍵結(jié)合的納米結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，具有可編程的愈合特性（愈合1秒后強(qiáng)度為2至23MPa），愈合速度和強(qiáng)度均超過(guò)其他天然與合成軟材料幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的梅廷·西蒂教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)研究了如何在軟體機(jī)器人中使用這種自修復(fù)軟材料。研究人員設(shè)計(jì)并制造了一種氣動(dòng)軟促動(dòng)器，并構(gòu)建軟夾持器，這是軟機(jī)器人技術(shù)在食品、制藥、包裝和零售行業(yè)中很有希望的應(yīng)用。此外，生物合成蛋白材料還提供了一個(gè)有前途的平臺(tái)，可以使軟機(jī)器人更接近于模擬復(fù)雜的生物系統(tǒng)，并為多功能軟機(jī)器人提供了廣闊的設(shè)計(jì)空間。

總編輯圈點(diǎn)

人的皮膚被劃傷后，傷口過(guò)一段時(shí)間會(huì)自動(dòng)愈合。如果用來(lái)制造各種產(chǎn)品、設(shè)備的材料，也可以在磨損、開(kāi)裂之后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)，豈不是可以延長(zhǎng)它們的壽命，并保證其性能的穩(wěn)定？于是乎，自修復(fù)材料模仿生物體損傷愈合的原理應(yīng)運(yùn)而生。上述最新研究便是從章魚觸手中獲得啟發(fā)。自修復(fù)材料既可以通過(guò)加熱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)在材料內(nèi)部分散或復(fù)合一些功能性物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該研究更偏向于后者，其研究成果將在智能軟機(jī)器人領(lǐng)域大有用武之地。