基于自然界靈感和人工智能設計 國際最新研發出仿生水下粘膠

中新網北京8月7日電 (記者 孫自法)國際知名學術期刊《自然》最新發表一篇材料科學論文稱，研究人員基于自然界存在的黏附蛋白為靈感、通過人工智能(AI)模型輔助設計，成功研發出新型水下超粘膠，這種粘膠被證明能修補水管漏洞并在水下粘住物體，具有一系列潛在應用前景。

該論文介紹，在濕環境中具有粘附力的物質有一定的設計難度。雖然AI驅動的方法被證明能成功設計硬材料，但軟材料更加復雜；超粘化合物的設計難度尤其大，因為讓材料變軟的性能常與增加粘附力的性能相反。不過，細菌和軟體動物這類有機體能產生天然的黏附蛋白，這為水凝膠的新型超粘化合物提供了潛在設計靈感。

本項研究開發出的水凝膠將一只橡膠鴨粘在海洋中的巖石上進行測試(圖片來自論文作者)。施普林格·自然 供圖

在本項研究中，論文共同通訊作者、日本北海道大學龔劍萍和同事及中國合作者一起，用一個包含24707種黏附蛋白的數據庫，首先開發出一個蛋白質數據挖掘工具，以指導180種新型水下粘合劑的設計與合成。隨后，他們測量這些粘合劑的強度，建立訓練機器學習工具的數據庫，并利用這些結果指導另一輪機器學習驅動的設計，從而得到強大的水下粘合劑。

其中，研發出一款名為R1-max的水凝膠，能將一只橡皮鴨粘在海洋中的巖石上，在海浪擊打下仍能保持粘性并抵御潮水沖擊。另一種水凝膠R2-max能作為補丁，在注滿水的管道上封住的一個直徑20毫米的漏洞，該補丁的防漏作用能維持5個月以上。

《自然》同期發表國際同行專家的“新聞與觀點”文章認為，這類能與不規則和濕表面強效粘合的超粘水凝膠，或對多種生物醫學應用具有顛覆性，包括假體涂層和可穿戴生物傳感器。此外，該研究的設計方式為多用途，有望應用于其他類型的功能性柔性材料。(完)