近日，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所和美國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，人工合成的自修復(fù)生物材料越來越受到科學(xué)家的關(guān)注，其靈感來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)計提供了新的機(jī)會，并解決了目前用于軟機(jī)器人和個人防護(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，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)需要很長時間，例如24小時。現(xiàn)在，我們將修復(fù)過程縮短到1秒鐘。

研究團(tuán)隊主要成員馬克斯·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，章魚需要更長的時間才能愈合，因為其觸手中的蛋白質(zhì)分子只是簡單地交織在一起。而在實驗室開發(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)度均超過其他天然與合成軟材料幾個數(shù)量級。

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)計并制造了一種氣動軟促動器，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有前途的平臺，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)計空間。

總編輯圈點

人的皮膚被劃傷后，傷口過一段時間會自動愈合。如果用來制造各種產(chǎn)品、設(shè)備的材料，也可以在磨損、開裂之后實現(xiàn)自動修復(fù)，豈不是可以延長它們的壽命，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)材料既可以通過加熱的方式來實現(xiàn)，也可以通過在材料內(nèi)部分散或復(fù)合一些功能性物質(zhì)來實現(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。