Coller : le polymère hydrogel adhésif sous-marin le plus performant
Inspirée de la biologie, la technologie a été développée en utilisant l'exploration de données et l'apprentissage automatique
Les hydrogels sont des matériaux souples perméables constitués de réseaux de polymères et d'eau, dont les applications vont de l'ingénierie biomédicale aux lentilles de contact. Les hydrogels ont pour caractéristique intrinsèque de pouvoir être dotés de diverses caractéristiques en modifiant leurs réseaux de polymères. Le laboratoire de recherche du professeur Gong au WPI-ICReDD de l'université d'Hokkaido est spécialisé dans la technologie des hydrogels et a mis au point des hydrogels qui se renforcent et se cicatrisent eux-mêmes, qui ont des propriétés d'adhésion sous l'eau et bien d'autres encore. Pour les hydrogels adhésifs, l'obtention d'une adhésion instantanée, forte et reproductible sous l'eau est un défi majeur.
Photographie d'un canard en caoutchouc collé à un rocher en bord de mer à l'aide d'une nouvelle technologie d'hydrogel résistant aux marées océaniques répétées et à l'impact des vagues.
WPI-ICReDD, Hokkaido University
Grâce à une combinaison d'exploration de données et d'apprentissage automatique, les professeurs Gong, Takigawa et Fan, l'étudiant diplômé Liao et leurs collègues ont récemment mis au point les hydrogels adhésifs sous-marins les plus puissants à ce jour, avec des forces d'adhérence (Fa) supérieures à 1 MPa. La force des gels était à la fois instantanée et reproductible et ils sont fonctionnels sur diverses surfaces à des niveaux de salinité variables, de l'eau pure à l'eau de mer. Cette recherche a été publiée dans Nature et a été sélectionnée pour la couverture.
À titre de référence, si ces hydrogels étaient découpés à la taille d'un simple timbre-poste (2,5 x 2,5 cm), ils pourraient théoriquement supporter ~63 kg (par exemple, un humain adulte). Les chercheurs ont démontré la force d'adhérence de l'hydrogel en l'appliquant à un canard en caoutchouc sur un rocher en bord de mer, où il a résisté à des marées océaniques répétées et à l'impact des vagues.
S'inspirant de la biologie, ces hydrogels ont été conçus avec des réseaux de polymères dérivés de protéines adhésives présentes chez les archées, les bactéries, les eucaryotes et les virus. Malgré la diversité de ces organismes, ces protéines partagent des séquences communes qui leur permettent d'adhérer dans des environnements humides. Pour ce faire, environ 25 000 ensembles de données sur les protéines adhésives, recueillies dans la base de données sur les protéines du National Center for Biotechnology Information (NCBI), ont fait l'objet d'une recherche de séquences d'acides aminés importantes pour l'adhérence sous l'eau.
Ils ont reproduit ces séquences dans des réseaux de polymères et synthétisé 180 hydrogels, chacun contenant des réseaux de polymères uniques. Les données compilées à partir de l'étude de ces hydrogels ont été analysées à l'aide de l'apprentissage automatique qui a permis d'extrapoler les séquences de polymères les plus significatives. Les 180 gels originaux synthétisés à partir de l'exploration de données ont démontré des qualités adhésives supérieures à celles des gels précédemment rapportés dans la littérature. Cependant, les gels inspirés par l'apprentissage automatique étaient plus incroyables, dépassant les qualités hautement souhaitées mentionnées ci-dessus.
L'adhésion répétée et instantanée est une qualité très recherchée pour des applications allant de l'ingénierie biomédicale à l'exploration des fonds marins. Ces qualités sont confirmées par une expérience au cours de laquelle la fuite d'eau d'un tuyau endommagé a pu être couverte instantanément et à plusieurs reprises.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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