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美国科学家开发新型仿生材料:会跳跃、旋转,还会爬行
2020-06-24 15:35 前瞻网   

 

美国西北大学的研究人员开发了一种模仿生物的软材料。当光线照射时,这种薄膜状的材料变得活跃起来——弯曲、旋转,甚至在表面爬行。

这种材料被西北大学的研究小组称为“机器人软物质”,它不需要复杂的硬件、液压或电力就能移动。

研究人员相信,这种类似生命的材料可以执行许多任务,在能源、环境修复和先进医学方面都有潜在的应用。

西北大学的Samuel I. Stupp领导了这项实验研究,他说:“我们生活在一个越来越智能的设备不断被开发来帮助我们管理日常生活的时代。”

“下一个前沿是新科学的发展,它将为我们的利益赋予惰性材料生命——通过设计它们来获取生物的能力。”

这项研究于6月22日发表在《自然材料》杂志上。

Stupp是西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程的董事会教授,也是辛普森奎雷研究所的主任。他在麦考密克工程学院、温伯格文理学院和范伯格医学院任职。

虽然移动的物质看起来不可思议,但精密的科学在起作用。它的结构包括纳米级肽集合体,可以将水分子从材料中排出。

Stupp是材料化学方面的专家,他将肽序列与聚合物网络连接起来,这种聚合物网络设计用来对蓝光进行化学反应。

当光线照射到材料上时,网络就会从亲水性(吸水性)转变为疏水性(抗水性)。

当这种物质通过缩氨酸“管道”排出水分时,它就会收缩,从而“产生生命”。当灯熄灭时,水重新进入材料,材料膨胀并恢复亲水结构。

这让人联想到肌肉的可逆收缩,这启发了Stupp和他的团队设计新材料。

Stupp说:“从生物系统中,我们了解到肌肉的魔力是建立在小蛋白质和膨胀收缩的巨大蛋白质聚合物之间的连接上。”

“肌肉使用化学燃料而不是光来产生机械能。”

对于西北大学的仿生材料,局部光线可以触发定向运动。

换句话说,弯曲可以发生在不同的方向,取决于光的位置。而改变光的方向也可以迫使物体在表面爬行时旋转。

Stupp和他的团队相信这种新型材料有无限的可能应用。由于能够被设计成不同的形状,这些材料可以在各种任务中发挥作用,从环境清理到脑部手术。

他说:“这些材料可以增强软机器人的功能,它们需要捡起易碎的物体,然后在一个精确的位置释放它们。”

“例如,在医学领域,具有‘生命’特征的软材料可以弯曲或改变形状,以在中风后取出大脑中的血凝块。它们还可以游泳到清洁的水源和海水中,甚至可以从事修复电池、膜和化学反应器缺陷的工作。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200622132821.htm

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责任编辑: 3976DBC

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