章鱼触手带来新突破？“快速自修复生物材料”有望在软机器人领域获重用

 　　近期，德国马克斯·普朗克智能系统研究所（the Max Planck Institute for Intelligent Systems）和美国宾夕法尼亚大学（the University of Pennsylvania）的科学家们联合研发了一种生物合成蛋白材料，通过增强串联重复多肽的愈合性能，成功解决了自修复软材料目前的局限性。该研究结果日前被发表在《自然材料》杂志上，并有望在软机器人领域获得重要应用。

 　　一个人的皮肤被抓伤后，伤口会在一段时间后自动愈合。如果用来制造各种产品、设备的材料，也可以在磨损、开裂之后实现自动修复，岂不是可以延长它们的寿命，并保证其性能的稳定？近年来，受生物系统损伤后能够自我修复的启发，人工合成的自修复生物材料受到了科学家们越来越多的关注。自修复材料是一种在结构上具有自愈能力的智能材料。 　　目前，科学家们正在共同努力开发一种高强度合成蛋白，可以在很短的时间内自我修复微观和宏观的机械损伤，完全恢复其结构和性能，并具有可编程的愈合性能。这种愈合性能为仿生材料设计提供了新的机会，并解决了目前在软机器人和个人防护设备中使用的自修复材料的局限性。而这项最新研究的灵感竟来自于章鱼的触手。 　　宾夕法尼亚大学的德米雷尔教授（Demirel）说:“我们改变了章鱼触手蛋白的分子结构，以最大限度地提高这种材料的自愈合能力。在自然界中，自我修复需要很长时间，比如24小时。现在，我们把修复过程缩短到1秒钟。” 　　该研究团队的主要成员、马克斯·普朗克智能系统研究所的Abdon Pena-Francis博士解释说，章鱼需要更长的时间才能痊愈，因为其触手中的蛋白质分子只是简单地交织在一起。 　　“但在实验室开发的材料中，我们改变了分子的纳米结构，使它们彼此连接起来。这些材料经过系统优化，以改善其氢键结合的纳米结构和网络形态，具有可编程的愈合特性（愈合1秒后强度为2 - 23MPa），愈合速度和强度均超过其他天然和合成软材料的好几倍。”他补充说。 　　该研究所的Metin Siti教授带领其团队研究了如何在软件机器人中使用这种自修复软材料。研究人员设计并制造了一种气动的软促动器，并构建软夹持器，这是软机器人技术在食品、制药、包装和零售行业中很有希望的应用。此外，生物合成蛋白材料为软机器人更接近模拟复杂生物系统提供了一个有前途的平台，并为多功能软机器人提供了广泛的设计空间。