《自然》雜志6日發(fā)表的一篇封面文章報道了一種由人工智能（AI）模型輔助設(shè)計的超黏水凝膠。這種膠以自然界存在的黏附蛋白為靈感，能修補(bǔ)水管漏洞并在水下黏住物體，具有一系列潛在應(yīng)用。
要設(shè)計出在潮濕環(huán)境中具有黏附力的物質(zhì)有一定難度。雖然AI驅(qū)動的方法能設(shè)計硬材料，但軟材料更加復(fù)雜。超黏化合物的設(shè)計難度尤其大，因?yàn)樽尣牧献冘浀男阅埽Ｅc增加黏附力的性能相反。不過，細(xì)菌和軟體動物這類有機(jī)體能產(chǎn)生天然的黏附蛋白，為設(shè)計新型超黏化合物提供了靈感。
日本北海道大學(xué)研究人員此次用一個包含24707種黏附蛋白的數(shù)據(jù)庫，先開發(fā)了一個蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)挖掘工具，以指導(dǎo)180種新型水下黏合劑的設(shè)計與合成。他們隨后檢測了這些黏合劑的強(qiáng)度，建立了訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)工具的數(shù)據(jù)庫，并利用這些結(jié)果指導(dǎo)另一輪機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動的設(shè)計，得到了強(qiáng)大的水下黏合劑。
有趣的是，其中一款名為R1-max的水凝膠，能將一只橡皮鴨黏在海邊的巖石上，在海浪擊打下仍能保持黏性并抵御潮水沖擊。另一種水凝膠R2-max能作為補(bǔ)丁，在注滿水的管道上封住一個直徑20毫米的洞，而且這種補(bǔ)丁的防漏作用能維持5個月以上。
“這類能與不規(guī)則和潮濕表面強(qiáng)效黏合的超黏水凝膠，將對多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有顛覆性，包括假體涂層和可穿戴生物傳感器。”在一篇同時發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中，意大利米蘭比可卡大學(xué)科學(xué)家這樣評價，這一成果設(shè)計目標(biāo)為多用途，“有望應(yīng)用于其他類型的功能性柔性材料”。
【總編輯圈點(diǎn)】
這種超黏膠技術(shù)，其真正的突破不在于模仿自然，而在于超越自然的應(yīng)用潛力。這類能在潮濕環(huán)境中穩(wěn)定黏附的能力，或?qū)氐赘淖兛纱┐髟O(shè)備與植入式器械的發(fā)展路徑。譬如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它能實(shí)現(xiàn)假體材料與人體組織的牢固整合，提升使用者生活質(zhì)量；它作為生物傳感器的貼合層，還能確保長期、穩(wěn)定地采集生理信號，為遠(yuǎn)程醫(yī)療和慢性病管理提供可靠支持。而在民用工程方面，它無需排水即可修復(fù)管道漏洞的特性，大幅降低了維護(hù)成本與資源浪費(fèi)；甚至，它還能用于生物保護(hù)領(lǐng)域，固定那些嚴(yán)重受損的珊瑚?？梢灶A(yù)見，AI驅(qū)動的材料設(shè)計范式，正在從“發(fā)現(xiàn)”轉(zhuǎn)向“創(chuàng)造”。
《自然》雜志6日發(fā)表的一篇封面文章報道了一種由人工智能（AI）模型輔助設(shè)計的超黏水凝膠。這種膠以自然界存在的黏附蛋白為靈感，能修補(bǔ)水管漏洞并在水下黏住物體，具有一系列潛在應(yīng)用。
要設(shè)計出在潮濕環(huán)境中具有黏附力的物質(zhì)有一定難度。雖然AI驅(qū)動的方法能設(shè)計硬材料，但軟材料更加復(fù)雜。超黏化合物的設(shè)計難度尤其大，因?yàn)樽尣牧献冘浀男阅埽Ｅc增加黏附力的性能相反。不過，細(xì)菌和軟體動物這類有機(jī)體能產(chǎn)生天然的黏附蛋白，為設(shè)計新型超黏化合物提供了靈感。
日本北海道大學(xué)研究人員此次用一個包含24707種黏附蛋白的數(shù)據(jù)庫，先開發(fā)了一個蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)挖掘工具，以指導(dǎo)180種新型水下黏合劑的設(shè)計與合成。他們隨后檢測了這些黏合劑的強(qiáng)度，建立了訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)工具的數(shù)據(jù)庫，并利用這些結(jié)果指導(dǎo)另一輪機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動的設(shè)計，得到了強(qiáng)大的水下黏合劑。
有趣的是，其中一款名為R1-max的水凝膠，能將一只橡皮鴨黏在海邊的巖石上，在海浪擊打下仍能保持黏性并抵御潮水沖擊。另一種水凝膠R2-max能作為補(bǔ)丁，在注滿水的管道上封住一個直徑20毫米的洞，而且這種補(bǔ)丁的防漏作用能維持5個月以上。
“這類能與不規(guī)則和潮濕表面強(qiáng)效黏合的超黏水凝膠，將對多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有顛覆性，包括假體涂層和可穿戴生物傳感器。”在一篇同時發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中，意大利米蘭比可卡大學(xué)科學(xué)家這樣評價，這一成果設(shè)計目標(biāo)為多用途，“有望應(yīng)用于其他類型的功能性柔性材料”。
【總編輯圈點(diǎn)】
這種超黏膠技術(shù)，其真正的突破不在于模仿自然，而在于超越自然的應(yīng)用潛力。這類能在潮濕環(huán)境中穩(wěn)定黏附的能力，或?qū)氐赘淖兛纱┐髟O(shè)備與植入式器械的發(fā)展路徑。譬如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它能實(shí)現(xiàn)假體材料與人體組織的牢固整合，提升使用者生活質(zhì)量；它作為生物傳感器的貼合層，還能確保長期、穩(wěn)定地采集生理信號，為遠(yuǎn)程醫(yī)療和慢性病管理提供可靠支持。而在民用工程方面，它無需排水即可修復(fù)管道漏洞的特性，大幅降低了維護(hù)成本與資源浪費(fèi)；甚至，它還能用于生物保護(hù)領(lǐng)域，固定那些嚴(yán)重受損的珊瑚。可以預(yù)見，AI驅(qū)動的材料設(shè)計范式，正在從“發(fā)現(xiàn)”轉(zhuǎn)向“創(chuàng)造”。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-3249-0.htmlAI設(shè)計的仿生水下黏膠問世
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