A IA projeta super cola subaquática que segura como uma craca

Fale sobre uma visão incomum: um patinho de borracha amarelo brilhante preso a uma rocha à beira -mar úmida. As ondas o atacam por dias, mas não se move uma polegada-graças a uma cola ultra-pesada projetada por AI. As super colas endurecem rapidamente com a umidade, e há muito pouco tempo para aplicá -las. Eles também tendem a rachar em superfícies irregulares, como rochas ou tubos, e em condições salgadas e úmidas. Os hidrogéis de Soft são uma alternativa mais flexível, mas suas propriedades elásticas geralmente cancelam diretamente aqueles que os tornariam pegajos. Ainda assim, os cientistas desejam há muito tempo usar hidrogéis como colas em aplicações médicas. Um hidrogel super pegajoso pode selar feridas profundas, atuar como um band-aid durante a cirurgia e ajudar os tecidos a se curar mais rapidamente. Eles também podiam revestir próteses ou biossensores vestíveis. O problema? O corpo tende a ser molhado, irregular e salgado. A natureza tem uma solução. De bactérias a cracas, mexilhões e caracóis, uma variedade de criaturas esmagam as colas de proteína brega que os deixam deslizar, rastejar ou agarrar superfícies molhadas. Às vezes, são tão fortes que você precisa de ferramentas para retirar os animais. Agora, uma equipe do Japão e da China transformou essas proteínas naturais em hidrogéis pegajosos e usou a IA para sonhar versões ainda mais pegajosas. Uma das criações da IA se apegou a superfícies de cerâmica, vidro e metal em água salgada por mais de um ano – com um quilograma (aproximadamente 2,2 libras) de peso pendurado nela. E sim, também enfiou um patinho de borracha em uma rocha inóspita à beira -mar. Outro fechou um cano de água estourado por cinco meses. Ambas as versões também foram biocompatíveis com camundongos, sugerindo que as super colas geradas por IA têm um futuro na medicina. Mas os estudos se concentraram principalmente em materiais difíceis ou pequenos produtos químicos. Um deles encontrou milhões de cristais anteriormente desconhecidos que poderiam ser úteis nos projetos de microchip e bateria. Outro, combinado com um sistema robótico, sintetizou automaticamente uma infinidade de novos materiais. Mas, ironicamente, os hidrogéis mole sempre foram uma porca dura de quebrar. Os materiais inorgânicos têm estruturas e propriedades bem definidas, facilitando o treinamento da IA para modelá-los. Por outro lado, os hidrogéis são feitos de moléculas mole que incham na água. Os géis contêm redes de moléculas que estendem “galhos” como pequenas árvores. A estrutura 3D de um gel depende de como cada ramo molecular interage com os outros. Os materiais também se deformam sob pressão e incham em ambientes úmidos. Essas propriedades são a antítese do que você deseja em uma cola super pesada. A IA só foi usada para prever como os hidrogéis se comportam, como como eles incham e se são úteis para projetos de impressão 3D. Você precisaria de um grande banco de dados de proteínas pegajosas para a IA aprender a projetá -las – mas não há um. Um pensamento brega que o novo estudo se inspirou em aproximadamente 200 espécies que bombeam proteínas pegajosas, incluindo bactérias e cracas. Muitas dessas proteínas foram sequenciadas. Escondindo bancos de dados de proteínas existentes, a equipe observou quais sequências de aminoácidos podem levar a proteínas que permanecem pegajosas sob a água. Eles então foram minuciosamente projetados e fizeram 180 hidrogéis, cada um construído a partir de moléculas com as maiores chances de agir como adesivos naturais. Nos testes de laboratório, eles documentaram sua viscosidade, inchaço e como se comportaram na água corrente. Eles alimentaram os melhores resultados da IA de volta ao algoritmo para melhorá -los ainda mais. Três ciclos depois, a força adesiva dos três primeiros hidrogéis superou em muito o conjunto de dados de treinamento. Isso incluía R1-Max, o gel que enfiou o pato em uma rocha. Uma rocha molhada e escorregadia à beira -mar é um dos piores cenários para uma cola. As ondas podem remover facilmente um brinquedo leve, e as marés mudam o nível de umidade, que a maioria dos colas não pode tolerar. “Queremos mostrar nosso hidrogel adesivo … pode colar o pato na rocha molhada … e o pato é fofo”, disse o autor do autor Hailong à Nature. Afundejado pelas ondas de entrada, o pato se mostrou teimoso como uma craca em seu poleiro rochoso. Em outro teste, o hidrogel, em forma de um grande band-aid, remendou instantaneamente um cano de água. O gel selou o orifício por mais de cinco meses, sugerindo que ele poderia ser usado para consertar vazamentos subaquáticos de emergência. O material também é biocompatível. Quando inseridos sob a pele dos ratos, as criaturas seguiram seu caminho alegre sem reações imunológicas notáveis ou outros efeitos colaterais. “Os hidrogéis super-adesivos como esses que grudam fortemente a superfícies irregulares e úmidas podem ser transformacionais para muitas aplicações biomédicas”, escreveu Russo. A IA também poderia projetar outros materiais macios, especialmente os de usos médicos. Mas terá que navegar pelas complexidades dos tecidos e órgãos – um hidrogel projetado para a pele pode não funcionar no coração ou nas artérias. Moléculas diferentes em cada órgão também podem alterar como o gel funciona. A equipe agora está tentando escolher o “cérebro” de sua IA para descobrir por que o R1-MAX é tão pegajoso. Sabendo o motivo exato pode levar a colas de proteínas ainda melhores. Mais amplamente, o trabalho “demonstra que a IA não está mais apenas sendo provocada como uma ferramenta para a ciência dos materiais”, escreveu Russo. “Ele já foi adotado para melhorar e apoiar o design e a geração de materiais”.

Fonte