Onder invloed van biomimetica ontwikkelen onderzoekers biologisch afbreekbaar materiaal dat zichzelf regenereert om breuken te herstellen. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt op mechanische elementen
Onderzoekers van de Arizona State University in de Verenigde Staten hebben een materiaal ontwikkeld dat bestaat uit polymeren met een soort "vormgeheugen" - dit biologisch afbreekbare materiaal bootst de oorspronkelijke vorm na van het object waaraan het is bevestigd. Dergelijke polymeren worden vervolgens opgenomen in een glasvezelnetwerk (dat in staat is om schade in bepaalde materialen te detecteren) om vervolgens thermische prikkels toe te passen, door middel van een infraroodlaser, op het beschadigde gebied.
De geproduceerde warmte stimuleert op zijn beurt verstijvings- en regeneratiemechanismen. Als het materiaal beschadigd is, kan het zelfherstelproces tot 96% van de oorspronkelijke sterkte herstellen. Volgens de onderzoekers reconstrueert het systeem de beschadigde verbindingen niet, maar hermodelleert het de breuk, waarbij het zo dicht mogelijk bij de oorspronkelijke vorm komt. Dit materiaal zou zelfs de noodzaak voor constante vervanging of reparatie van beschadigde of verslechterde materialen en constructies kunnen verminderen, waardoor de kosten worden verlaagd.
Afbeelding: polymeer met "vormgeheugen" in actie. Het rode gebied geeft aan waar het glasvezelnetwerk heeft gewerkt en stimuleert het materiaal om zijn oorspronkelijke vorm aan te nemen.
Botten functioneren
Wetenschappelijk onderzoek werd geïnspireerd door biomimetica door de werking van botten te "kopiëren", die het vermogen hebben om schade op te sporen, hun proliferatie te onderbreken en, met behulp van bepaalde cellen, beschadigde botten te hermodelleren en te regenereren. De cellen die bijdragen aan het hermodelleren van bot zijn: osteoclasten, die botweefsel opnieuw absorberen en hermodelleren; en osteoblasten, verantwoordelijk voor de vorming van botweefsel en sommige eiwitten die de botmatrix vormen, zoals type I collageen (begrijp de werking beter in de video onderaan de pagina).
Een ander onderzoek door dezelfde instelling kan helpen bij de ontwikkeling van de "botkopie". Ze had als doel de gemineraliseerde collageenvezels, die nanostructurele blokken zijn van sterk geconserveerde botten. Door een combinatie van simulatie van moleculaire dynamica en ook theoretische analyse, merkten de onderzoekers op dat de nanostructurele eigenschappen van deze vezels ze een hoge sterkte geven en het vermogen om grote vervorming te verdragen. Als gevolg hiervan zijn gemineraliseerde collageenvezels in staat om microscheuren te verdragen, zonder macroscopisch falen in het weefsel te veroorzaken, wat essentieel kan zijn om hermodellering mogelijk te maken.
Materiële toepassing
Als de innovatie zich verder ontwikkelt en verschillende tests doorstaat, kan deze worden gebruikt bij de constructie van sterke en lichte materialen, die aan een grote hoeveelheid spanning kunnen worden blootgesteld, als verbindingen die worden gebruikt om botten te vervangen bij de productie van mechanische onderdelen , en het maken van nieuwe materialen.
