La actividad repetida se desgasta en los actuadores robóticos suaves, pero las partes móviles de estas máquinas deben ser confiables y fáciles de arreglar. Ahora, un equipo de investigadores tiene un polímero biosintético, modelado después de los dientes de anillo de calamar, que sea autocurativo y biodegradable, creando un material no solo bueno para actuadores, pero también para trajes de materiales peligrosos y otras aplicaciones en las que los agujeros diminutos pueden representar un peligro.

"Los materiales de autorreparación actuales tienen deficiencias que limitan su aplicación práctica, como baja fuerza de curación y largos tiempos de curación (horas), ", informa el investigador en la edición de hoy de Materiales de la naturaleza .

Los investigadores produjeron proteínas sintéticas de alta resistencia que imitan a las que se encuentran en la naturaleza. Como las criaturas en las que están modelados, las proteínas pueden autocurarse tanto en daños diminutos como visibles.

"Nuestro objetivo es crear materiales programables autorreparables con un control sin precedentes sobre sus propiedades físicas utilizando biología sintética, "dijo Melik Demirel, profesor de ingeniería y mecánica y titular de la Cátedra Lloyd and Dorothy Foehr Huck de Materiales Biomiméticos.

Las máquinas robóticas de brazos robóticos industriales y piernas protésicas tienen articulaciones que se mueven y requieren un material blando que se adapte a este movimiento. También lo hacen los ventiladores y equipos de protección personal de varios tipos. Pero, todos los materiales sometidos a un movimiento repetitivo continuo desarrollan pequeños desgarros y grietas y, finalmente, se rompen. Usando un material autocurativo, los pequeños defectos iniciales se pueden reparar antes de que se produzca una falla catastrófica.

El equipo de Demirel crea el polímero autorreparable mediante el uso de una serie de repeticiones en tándem de ADN formadas por aminoácidos producidos por la duplicación de genes. Las repeticiones en tándem suelen ser series cortas de moléculas dispuestas para repetirse tantas veces como desee. Los investigadores fabrican el polímero en biorreactores bacterianos estándar.

"Pudimos reducir un período de curación típico de 24 horas a un segundo, por lo que nuestros robots blandos basados ​​en proteínas ahora pueden repararse por sí mismos de inmediato, "dijo Abdon Pena-Francelsch, autor principal del artículo y ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Demirel. "En naturaleza, la autocuración lleva mucho tiempo. En este sentido, nuestra tecnología supera a la naturaleza ".

El polímero autocurativo se cura con la aplicación de agua y calor, aunque Demirel dijo que también podía curar con luz.

"Si cortas este polímero por la mitad, cuando sana, recupera el 100 por ciento de su fuerza, "dijo Demirel.

Metin Sitti, director, Departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, Stuttgart, Alemania, y su equipo, estaban trabajando con el polímero, creando agujeros y curándolos. Luego crearon actuadores suaves que, a través del uso, se agrietó y luego sanó en tiempo real, aproximadamente un segundo.

"Los materiales blandos físicamente inteligentes autorreparables son esenciales para construir robots blandos y actuadores robustos y tolerantes a fallas en un futuro próximo, "dijo Sitti.

Al ajustar el número de repeticiones en tándem, El equipo de Demirel creó un polímero suave que se curó rápidamente y conservó su fuerza original, pero también crearon un polímero que es 100% biodegradable y 100% reciclable en el mismo, polímero original.

"Queremos minimizar el uso de polímeros a base de petróleo por muchas razones, ", dijo Demirel." Tarde o temprano nos quedaremos sin petróleo y también está contaminando y causando el calentamiento global ". No podemos competir con los plásticos realmente económicos. La única forma de competir es suministrar algo que los polímeros a base de petróleo no pueden ofrecer y la autocuración proporciona el rendimiento necesario ".

Demirel explicó que si bien muchos polímeros a base de petróleo se pueden reciclar, se reciclan en algo diferente. Por ejemplo, las camisetas de poliéster se pueden reciclar en botellas, pero no en fibras de poliéster de nuevo.

Al igual que el calamar, el polímero imita la biodegradación en el océano, el polímero biomimético se biodegradará. Con la adición de un ácido como el vinagre, el polímero también se reciclará en un polvo que nuevamente se podrá fabricar en el mismo, suave, polímero autorreparador.

"Esta investigación ilumina el panorama de las propiedades de los materiales que se vuelven accesibles al ir más allá de las proteínas que existen en la naturaleza utilizando enfoques de biología sintética, "dijo Stephanie McElhinny, director del programa de bioquímica, Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. "La autocuración rápida y de alta resistencia de estas proteínas sintéticas demuestra el potencial de este enfoque para ofrecer materiales novedosos para futuras aplicaciones del Ejército, como equipos de protección personal o robots flexibles que puedan maniobrar en espacios reducidos ".