Die synthetische weiche Materie Northwestern University
Forscher von Northwestern University haben eine Familie von weichen synthetischen Materialien geschaffen, die sich wie Lebewesen verschieben und bewegen.
Vom Team in Northwestern als "Roboter-Weichmaterie" bezeichnet Materialien Biegen, Drehen und Kriechen auf Oberflächen, sobald Licht auf sie trifft. Sie bewegen sich ohne Hardware oder Software, nicht einmal hochentwickelte Hydraulik erledigt den Job.
Das Team ist der Ansicht, dass ihre Erstellung bei bestimmten Anwendungen in den Bereichen Energie, Umweltsanierung und fortgeschrittene Medizin nützlich sein könnte.
Ihre Studie wurde veröffentlicht in Naturmaterialien am Montag.
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Lebewesen als Vorbilder
"Wir leben in einer Zeit, in der ständig intelligentere Geräte entwickelt werden, um unser tägliches Leben zu verwalten", sagte Northwestern's. Samuel I. Stupp , wer hat die Studien geleitet.
"Die nächste Grenze liegt in der Entwicklung neuer Wissenschaften, die inerte Materialien zu unserem Vorteil zum Leben erwecken - indem sie so gestaltet werden, dass sie Fähigkeiten von Lebewesen erwerben."
Es kann gut aussehen wie das bewegliche Materialien ist ein natürlicher Prozess, aber es bedurfte einiger ernsthaft fortgeschrittener wissenschaftlicher Erkenntnisse, um sie dazu zu bringen, sich so zu verschieben. Sie bestehen aus nanoskaligen Peptidanordnungen, die das gesamte Wasser aus dem Material entfernen. Diese Peptidarrays wurden durch mit Polymernetzwerken verbundenStupp, die dann auf blaues Licht reagieren sollten.
Sobald das Licht auf die Struktur trifft, wechselt das Netzwerk von absorbierendem Wasser hydrophil zu abfließendem Wasser hydrophob. Wenn die Materialien das Wasser aus ihrer Struktur drücken, zieht es sich zusammen und bewegt sich. Und wenn das Licht ausgeschaltet wirdwird das Wasser wieder in das Material aufgenommen, wodurch es sich ausdehnt und in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Diese Bewegungen sind der Funktionsweise unserer menschlichen Muskeln sehr ähnlich, was Stupp und sein Team in erster Linie inspiriert hat.
"Aus biologischen Systemen haben wir gelernt, dass die Magie der Muskeln auf der Verbindung zwischen Anordnungen kleiner Proteine und riesigen Proteinpolymeren beruht, die sich ausdehnen und zusammenziehen." Stupp erklärt . "Muskeln verwenden dazu einen chemischen Brennstoff anstelle von Licht, um mechanische Energie zu erzeugen."
Der Grund, warum sich die Materialien auf unterschiedliche Weise drehen und verschieben können, hängt davon ab, wo das Licht auf sie trifft. Wenn Sie die Richtung des Lichts ändern, während es sich bereits auf das Material konzentriert, werden sie sich auf bestimmte Weise drehen oder kriechen.
Die Materialien können in nahezu jeder Form hergestellt werden, was sie möglicherweise für eine Reihe von Aufgaben äußerst nützlich macht. Gehirnoperation zu Umweltsanierungen.
" Diese Materialien könnten die Funktion von weichen Robotern verbessern, die erforderlich sind, um zerbrechliche Objekte aufzunehmen und sie dann an einer genauen Stelle freizugeben. " nach Stupp .
"In der Medizin können sich beispielsweise weiche Materialien mit 'lebenden' Eigenschaften verbiegen oder ihre Form ändern, um nach einem Schlaganfall Blutgerinnsel im Gehirn wiederzugewinnen. Sie können auch schwimmen, um die Wasserversorgung und das Meerwasser zu reinigen, oder sogar Heilungsaufgaben zur Reparatur übernehmenDefekte an Batterien, Membranen und chemischen Reaktoren. "