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科学家受虫子启发,开发出可用于软体机器人的生物新材料_博鱼电竞 - 官网2022-06-23

作者: 博鱼电竞

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说到沙蚕,喜好垂钓的伴侣不会生疏,它俗名叫海蜈蚣,是垂钓捉虾(特别是海钓)的绝佳饵料。中国南边沿海和东南亚一带的居平易近乃至将其摆上餐桌,做成了甘旨。不外DT君今天要跟大师分享的内容与美食无关。 比来,美国的科研人员受这类海洋蠕虫的开导,研制出了能响应情况转变的新型生物材料,宣称可利用在不依靠外界动力源的软体机械人。

沙蚕——环节动物门多毛纲沙蚕属环节动物,极年夜大都海生,少数为淡水生。长2.5?90公分,一般褐色、鲜红或鲜绿。多是第一流的环节动物,头部有锋利可伸缩的腭,用鳃呼吸,首要食其他蠕虫和海产小动物。

  引发科学家留意的处所是它的腭,其构成绝年夜部门是有机质,按说应当像凝胶一样柔嫩,但事实却出人意表,它的强度高达0.4~0.8吉帕斯卡(GPa),与人类最坚固的部门——牙齿,八两半斤。

  沙蚕腭卵白坚韧的表示和优良的力学机能,对软体机械人、传感器和其他相干利用来讲,无疑成为抱负的制造材料。

  为了探讨此中的奥秘,终究实现人工合成这类材料,工程师和科学家们起首需要弄大白这些材料在沙蚕体内是若何构成的,和它们在分歧情况前提下的表示。采取的研究手段包罗成立分歧原子标准的模子,猜测材料在分歧前提下的行动,且需要理论阐发与尝试慎密连系。

为此,来自麻省理工学院土木与情况工程系原子和份子力学尝试室(LAMM)和俄亥俄州赖特-帕特森空军基地的空军研究尝试室(AFRL)的两队科研人员彼此协作,设计并合成出一种仿生卵白凝胶。此中LAMM负责从份子理论层面进行阐发,成立份子模子,猜测材料机能;而AFRL则负责卵白质的合成与布局研究。

  AFRL合成的凝胶由重组Nvjp-1卵白构成,这类卵白是沙蚕腭具有布局不变性和超强力学机能的要害地点。这类凝胶会响应情况中的分歧pH值和离子浓度,并做出舒展或缩短反映。

麻省理工的科研人员从份子标准揭露了此中的素质:该卵白质份子中含有金属离子,能与卵白质份子配位交联,并终究使卵白质份子之间构成收集布局。恰是这类网状份子布局使材料具有很高的机械强度,博鱼电竞并且此中的金属-卵白质份子键易在勾当,反应到宏不雅上就是材料具有杰出的舒展/缩短机能。以上注释了该卵白材料兼具强韧与易在变形两种特点的缘由。

  连系AFRL的卵白质布局研究成果,LAMM的研究人员建立了一个多标准模子,以此可猜测含卵白质材料在各类情况中的力学行动。操纵摹拟还能使决议材料力学机能的原子摆列和份子构象变得可视化。

  具体来讲,研究人员操纵模子可以或许设计、测试和可视化分歧的份子收集,看它们对各类pH值前提若何做出与生物学和力学机能相干的转变。

  LAMM的研究人员发现,当pH改变时,这类卵白质在螺旋状与宝物螺外壳状之间进行构型转换。按照猜测模子,材料不但能产生构型转变,当pH值转变时还能恢复到初始状况。

  份子程度的阐发显示,卵白质中的组氨酸与情况中的金属离子产生强烈连系,这一局部的化学反映,反而在很年夜标准上影响着卵白质的整体构象。当情况前提改变时,组氨酸-金属间的彼此感化也随之改变,卵白质构象即产生转变,进而材料整体对情况做出响应。

  他们还发现,在必然pH前提下,锌离子的存在,使卵白份子布局中的金属配位交联络构加倍安定,促使卵白材料变得加倍强韧,并且还具有杰出的动态和柔韧性。

  “你可以像拨动开关一样,让卵白凝胶舒展或缩短,所需的操作仅仅是改变情况pH值或金属离子的浓度。”组员Martin-Martinez如斯描写。

  弄清晰这类卵白材料的组织和对情况的响应道理,有助在指点机械人制动器的自立节制方案的开辟,终究鞭策不利用外部电源、不利用杂电子节制装配的软体机械人和传感器的研发历程。

  研究团队的另外一名成员Zhao Qin称:“年夜大都软体机械人由电源驱动,并且包括了复杂的电子节制单位。我们设计的多功能材料可谓另辟门路,让没有电子部件的机械人直接节制材料的机能和变形进程。”

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