打破“有水就不黏”常识 AI设计的仿生水下黏胶问世

来源：科技日报

水凝胶能将一只橡皮鸭黏在海边岩石上，在海浪击打下仍保持黏性并抵御潮水冲击。图片来源：日本北海道大学/《自然》网站

【总编辑圈点】

科技日报北京8月7日电 （记者张梦然）《自然》杂志6日发表的一篇封面文章报道了一种由人工智能（AI）模型辅助设计的超黏水凝胶。这种胶以自然界存在的黏附蛋白为灵感，能修补水管漏洞并在水下黏住物体，具有一系列潜在应用。

要设计出在潮湿环境中具有黏附力的物质有一定难度。虽然AI驱动的方法能设计硬材料，但软材料更加复杂。超黏化合物的设计难度尤其大，因为让材料变软的性能，常与增加黏附力的性能相反。不过，细菌和软体动物这类有机体能产生天然的黏附蛋白，为设计新型超黏化合物提供了灵感。

日本北海道大学研究人员此次用一个包含24707种黏附蛋白的数据库，先开发了一个蛋白质数据挖掘工具，以指导180种新型水下黏合剂的设计与合成。他们随后检测了这些黏合剂的强度，建立了训练机器学习工具的数据库，并利用这些结果指导另一轮机器学习驱动的设计，得到了强大的水下黏合剂。

有趣的是，其中一款名为R1-max的水凝胶，能将一只橡皮鸭黏在海边的岩石上，在海浪击打下仍能保持黏性并抵御潮水冲击。另一种水凝胶R2-max能作为补丁，在注满水的管道上封住一个直径20毫米的洞，而且这种补丁的防漏作用能维持5个月以上。

“这类能与不规则和潮湿表面强效黏合的超黏水凝胶，将对多种生物医学应用具有颠覆性，包括假体涂层和可穿戴生物传感器。”在一篇同时发表的新闻与观点文章中，意大利米兰比可卡大学科学家这样评价，这一成果设计目标为多用途，“有望应用于其他类型的功能性柔性材料”。

这种超黏胶技术，其真正的突破不在于模仿自然，而在于超越自然的应用潜力。这类能在潮湿环境中稳定黏附的能力，或将彻底改变可穿戴设备与植入式器械的发展路径。譬如在生物医学领域，它能实现假体材料与人体组织的牢固整合，提升使用者生活质量；它作为生物传感器的贴合层，还能确保长期、稳定地采集生理信号，为远程医疗和慢性病管理提供可靠支持。而在民用工程方面，它无需排水即可修复管道漏洞的特性，大幅降低了维护成本与资源浪费；甚至，它还能用于生物保护领域，固定那些严重受损的珊瑚。可以预见，AI驱动的材料设计范式，正在从“发现”转向“创造”。