Стратегии выживания, используемые одним из самых агрессивных, территориальных и ядовитых видов муравьев, могут проложить путь к революции в робототехнике, медицине и технике. Огненные муравьи переживают наводнения, временно соединяя свои ноги, образуя структуру, подобную плоту, что позволяет им вместе плыть в безопасное место как единая колония, а затем освобождаться, чтобы восстановить свою индивидуальную форму. Черпая вдохновение из этого естественного процесса, исследователи из Техасского университета A&M открыли метод, который позволяет синтетическим материалам имитировать автономную сборку, реконфигурацию и разборку муравьев в ответ на изменения окружающей среды, такие как тепло, свет или растворители. Исследователи использовали полимерные ленты, меняющие форму, которые могут самособираться, изменять свой объем и разбираться по мере необходимости, используя чувствительные гидрогели, жидкокристаллические эластомеры или полукристаллические полимеры, которые могут сгибаться или скручиваться. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Materials.
Будучи студентом бакалавриата, доктор Тейлор Уэр, ныне доцент кафедры биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии в Техасском университете A&M, был очарован статьей о муравьях. Он уже интересовался материалами и исследованиями, но его чувство удивления вспыхнуло, когда Уэр обнаружил, что огненные муравьи используют гениальные стратегии выживания во время наводнений. «Мы склонны сосредотачиваться на подражании действительно замечательным вещам в природе, например, крыльям бабочек. Но, возможно, также стоит имитировать некоторые вещи, которые мы не находим в природе такими интересными, но которые все же удивительно полезны, например, поведение огня. муравьи", - сказал он. «Приятно имитировать вещи, которые действительно впечатляют, даже если они не очень любимы. У таких существ можно многому научиться».
Этот метод позволяет создавать структуры и манипулировать ими в сложных условиях, таких как человеческое тело, без инвазивных процедур. Используя чувствительные гидрогели, жидкокристаллические эластомеры или полукристаллические полимерные ленты, которые сгибаются и скручиваются, твердый биоматериал можно разобрать в форму, которая движется как жидкость для инъекций, а затем снова собрать ее на месте. «У нас уже есть материалы, которые могут менять форму, но мы подумали, что было бы здорово, если бы множество отдельных частиц материалов могли работать вместе, образуя структуры, как это делают муравьи», — сказал Уэр. «В документальных фильмах о природе можно увидеть, как муравьи образуют мосты, плоты и другие вещи, но что также важно, они могут отпустить ситуацию и снова стать муравьями. Обратимое изменение формы чувствительных полимеров обеспечивает аналогичное поведение в чисто синтетических системах."
Ведущий автор статьи — доктор Мустафа Абдельрахман, бывший аспирант Университета Уэра, который сейчас является научным сотрудником Гарвардского университета. В число других сотрудников входят исследователи из группы доктора Ахилеша Гахарвара из отдела биомедицинской инженерии Техасского университета A&M, доктора Кармель Маджиди из Университета Карнеги-Меллона и доктора Франка Вернери из Университета Колорадо в Боулдере. Будущие прикладные исследовательские проекты включают использование инъекционных биоматериалов для заживления тканей. Тем не менее, по сути, Уэр сказал, что команда заинтересована в имитации поведения, наблюдаемого в стаях других животных, и в понимании того, что произойдет, если частицы можно заставить плавать до или во время их запутывания.
