O hidrogel projetado pela IA, inspirado pela natureza, cria adesivo subaquático ultra-forte
Gel inspirado na natureza explica por que esse pato está preso
Hoje, este material pode selar tubos e enfrentar o oceano. Mas um dia isso poderia ser usado em cirurgia ou reparos subaquáticos
Um pato de borracha colado a uma pedra à beira -mar usando um dos hidrogéis dos pesquisadores.
Fã de Hailong e Hongguang Liao
Nas margens de uma praia no norte do Japão, ondas zombam de um pato de borracha teimosamente preso a uma pedra. Graças a um novo hidrogel supersticky que revestia sua base, o brinquedo não se mexe.
Os hidrogéis são materiais macios e gelatinosos usados em muitos campos. Na medicina, eles podem vestir feridas e entregar drogas. Na agricultura, eles podem ajudar o solo a manter mais água. Mas tornar as substâncias pegajosas é difícil – e debaixo d’água, é ainda mais difícil. As colas normalmente não se mantêm bem sob uma onda molhada e salgada.
Os pesquisadores colocaram um novo hidrogel superadesivo na base de um pato de borracha e o apoiaram em uma pedra ao lado do oceano. O pato pode ficar com seus anos, dizem os pesquisadores.
A natureza, no entanto, tem uma solução. Criaturas como cracas e mexilhões produzem naturalmente proteínas que os permitem grudar em superfícies molhadas. Inspirados nessas habilidades adesivas, os pesquisadores vasculharam os catálogos das estruturas de proteínas desses animais para imitar suas características mais difíceis. Em seguida, os cientistas incorporaram essas estruturas de proteínas nos hidrogéis e os testaram. Depois de executar vários experimentos, a equipe alimentou os resultados a um sistema de aprendizado de máquina para que pudesse projetar um hidrogel com cola ainda mais forte. O sistema criou três designs superadesivos, compostos de diferentes estruturas de proteínas, que os pesquisadores descreveram esta semana em Natureza.
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Jonathan Barnes, cientista de polímeros da Universidade de Washington em St. Louis, que não estava envolvido no estudo, ficou impressionado com a força dos hidrogéis aprimorados. Em um experimento, os pesquisadores usaram um dos géis para colar pares de placas feitas de um dos três materiais diferentes – cerâmica, vidro e titânio – em um tanque de solução salina. Cada par colado tinha uma carga de massa de quilograma suspensa abaixo dela. O gel manteve -se por mais de um ano. “Durar um ano é incrível”, diz Barnes.
Os pesquisadores analisaram as seqüências de aminoácidos de colas de proteínas que ocorrem naturalmente usadas por organismos para aderir às superfícies úmidas. Eles identificaram motivos de sequência característica que foram usados para informar o projeto de hidrogéis adesivos, com o aprendizado de máquina empregado para otimizar os projetos. Assim, os autores identificaram hidrogéis superadesivos que funcionam bem em água e que podem ter aplicações na cirurgia e regeneração tecidual e como materiais para uso em navios e estruturas offshore.
Natureza; Fonte: “Projeto de novo de novo hidrogéis super-adesivos”, de Hongguang Liao et al., In Nature, vol. 644; 7 de agosto de 2025 (referência)
Todos os três hidrogéis projetados por inteligência artificial mostraram força semelhante na água do mar artificial. Mas um superou os outros quando testado em água desionizada, que é desprovida de carga e não encontrada na natureza. As diferenças de força mostram que alguns materiais adesivos podem estar mais equipados para ambientes específicos do que outros. “Agora estamos trabalhando para ajustar essa diferença e testá-los em diferentes condições”, diz o co-autor do estudo, Jian Ping Gong, um cientista de polímeros da Universidade de Hokkaido, no Japão. “Também queremos melhorar e (encontrar) outras formulações que possam funcionar no metal, por exemplo.”
Depois de sintetizar os géis ultrasticky, os cientistas levaram dois deles para o campo para testar suas capacidades do mundo real. Os pesquisadores usaram um gel para selar um orifício na base de um tubo de três metros de comprimento, preenchido com água da torneira para simular um vazamento de água de alta pressão. E eles usaram o outro para afixar um pato de borracha em uma pedra para ver como a tecnologia se saiu na água do mar. Um dia, esses géis podem ajudar os pesquisadores a desenvolver a pele artificial ou a reparar estruturas subaquáticas e offshore.
“(O estudo) aponta para adesivos úmidos mais resistentes, mais rápidos e confiáveis – para vedação médica, infraestrutura marinha e reparos de emergência”, diz Ximin He, um cientista de materiais que estuda materiais biologicamente inspirados na Universidade da Califórnia, Los Angeles, e não esteve envolvido no artigo. “O manual de dados que eles usam pode diminuir o caminho da idéia para o material em muitas aplicações que afetam a vida diária”.
