グラフェンのような最先端の材料（1原子厚さの炭素の薄いシート）は毎日軽く、強く、簡単に製造できるようになり、水淡水化から太陽電池や病気の検出に産業を変える新しい可能性を提供します。
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しかし、私たちの人工材料には、植物や人間の皮膚の根元に自然に発生する、自分自身を癒す能力という、まだ望まれていない品質が1つもありません。
イリノイ大学アーバナシャンペーン校のスコットホワイト率いるチームは、プラスチックに人工血管システムを追加することで、それを変えることに着手しました。 アイデアは、材料の擬似静脈を化学反応性の液体で満たして、プラスチックが破れたときに物質が凝固血液のように結合して固化し、さらなる損傷からオブジェクトを保護することです。
デモンストレーションビデオでは、チームはプラスチックブロックでテクニックをテストし、4ミリメートルのドリルで材料に穴を開ける前に、2つの液体を別々のチャネルからオブジェクトに送り込みます。 ドリルの傷により亀裂が生じ、液体チャネルが解放されましたが、血管系のおかげで、液体が穴に滲み出て亀裂が入り、20分間で厚いゲルが形成され、損傷の広がりが止まりました。 チームによると、ゲルは3時間で固まり、最終的には元の材料の約60％の強度になるまで修復されました。
研究者は、この技術を使用して軍用機器から建設資材まですべてを保護することを想定しています。これにより、緊急事態や手の届きにくい作業現場で時間と人員を節約できます。
化学混合および固化プロセスは、ハードウェアストアから購入したエポキシ樹脂を使用したことがある人なら誰でも馴染みのあるものに聞こえるかもしれません。 しかし、研究の共著者であるBrett Krullは、主に反応時間が遅いため、チームがエポキシから遠ざかっていると言います。
エポキシと同様の効果をもたらしますが、新しいプラスチックは損傷の修復をより速くするのに役立ちます、とKrullは言います。
基本的な違い：
「2つの異なる遷移を行うようにシステムを設計しました」と、エポキシ樹脂の動作は異なります、とKrull氏は言います。 「混合が発生するとすぐに2つの化学反応が開始されますが、それらは非常に異なるタイムスケールで発生します。」
Krullは、最初の反応で30秒以内に混合物が柔らかいゲルになると言います。 これにより、損傷した領域内の化学物質が所定の位置に保持されますが、穴や亀裂が満たされるまでさらに多くの流体を送り込むことができます。 その後、化学物質を固体に変える2番目の反応は、化学物質の組成と濃度を変更することで制御できる速度で行われます。
「私たちの化学は、自然のシステムの複雑さに近づきません」と、Krull氏は言います。「しかし、損傷に対する時間依存の応答を備えたシステムを設計しました。」
ホワイトと彼のチームは、エポキシと埋め込まれたマイクロスフェアを使用して、過去に異なる方法で微小亀裂を修復する能力を実証しました。 しかし、新しい血管アプローチでは、はるかに大規模な修復が可能です。 この技術は、たとえば、水中ドリルの横にある溝や、流星と衝突する宇宙船のonの修理に使用できます。
研究者は、強度や性能を大幅に低下させることなく材料（この場合はプラスチック）の血管ネットワークの有効性を高める方法など、自己聴覚材料の開発を続けているため、依然として課題に直面しています。 また、チームは、時間をかけて複数の「傷」から治癒する能力を素材に与えたいと考えています。
また、化学物質は、より広い範囲の損傷に対処するために調整する必要があります。 New Scientistによると、8mmを超える材料の穴が化学物質のたるみを引き起こしました。 研究チームはまだそのオプションをテストしていませんが、チームは、流体の代わりにチャネルで泡を使用すると、材料がより大きな領域を癒すことができると考えています。
Krullは、極端な温度、水中、宇宙など、さまざまな環境で材料を効果的にすることも検討すると述べています。 （これまでのところ、テストは主にラボで行われています）。
この技術はいつの日か消費者向け製品に使われるかもしれませんが、これらの自己修復材料がiPhoneや車のバンパーの裏側を魔法のように修復するとはまだ予想しないでください。 この技術はまだ開発の初期段階にあります、とKrullは言います。 また、研究は米国空軍によって資金提供されているため、水中掘削機器などの修理が困難なデバイスとともに、戦闘機、戦車、または宇宙船で最初に使用される可能性があります。
しかし、それは素材ができるかもしれないことのほんの始まりに過ぎないと、クルルは言います。
「現在のバージョンは、癒された素材が元の素材ほど良くないため、傷跡に似ています」とクルルは言います。 「当社の長距離の目標は、損傷イベントによって失われた材料を同じ組成の材料で置き換えることができる、真に再生可能なポリマーを開発することです。」
