《自然》期刊发表研究：AI辅助研发新型水下超粘胶可修补水管缺陷

时间：2025-08-08 12:15

小编：小世评选

近日，国际著名的科学期刊《自然》发表了一项引人瞩目的材料科学研究，研究人员运用人工智能（AI）技术，结合自然界中的黏附蛋白，成功研制出了一种新型水下超粘胶。这种粘胶不仅能够有效修补水管的漏洞，还能够在水下稳固地粘附物体，展现了广泛的应用前景。

这项研究的核心在于如何在湿润环境中设计出具有良好粘附力的材料，尤其是软性材料的设计相较于硬材料而言更为复杂。传统的材料科学方法虽然在硬材料的设计上取得了一定的成就，但对于需要兼顾柔韧性与粘附力的超粘合成分，设计难度则显著增加。研究者们认为，有机体中的天然黏附蛋白，尤其是出现在细菌和软体动物中的黏附物质，能够为新型水凝胶的设计提供宝贵的灵感。

研究小组的共同通讯作者、日本北海道大学的龚剑萍教授表示，项目始于构建一个包含24707种不同黏附蛋白的数据库。他们开发了一种蛋白质数据挖掘工具，旨在利用这一庞大的数据库来指导180种新型水下粘合剂的设计与合成。之后，研究者测量了这些水下粘合剂的强度，借此建立生成机器学习所需的数据集。这一过程不仅提升了水下粘合剂的设计效率，还利用了机器学习技术，反复调整设计，从而成功研制出高性能的水下粘合剂。

在测试阶段，研发团队将一种名为R1-max的水凝胶应用于橡胶鸭的粘附实验。他们将橡胶鸭固定在海洋中的岩石上，结果显示该水凝胶在波涛汹涌的环境中依然能够保持稳定的粘附性能。更令人振奋的是，另一种水凝胶R2-max被成功地应用于封闭注满水的管道中，修补了一个直径20毫米的漏洞，其有效防漏时间超过了五个月。研究结果表明，这些水凝胶能够在极具挑战性的水下环境中，保持持久的粘附效果。

针对这些新型水下超粘胶的潜在应用，国际同行专家在《自然》的“新闻与观点”栏目中撰文指出，这种能够与不规则表面及湿润环境良好粘合的超粘水凝胶，或在生物医学领域展现出颠覆性的应用潜力，例如作为假体涂层和可穿戴生物传感器等。该研究所展示的设计理念和方法论，具有极大的可扩展性，有望为其他功能性柔性材料的开发注入新的活力。

值得一提的是，此研究不仅推动了材料科学的发展，同时也为环保和基础设施维护等领域提供了新的解决方案。传统的水管修补技术往往需要进行大规模的施工，而这种新型水下超粘胶提供了一种便捷、高效的解决方案，减少了人工成本及对环境的扰动。

随着技术的不断进步，该团队预计未来可能会对水下超粘胶进行进一步的改进与优化，不断拓展其应用范围。同时，研究者们也正在探索与其他材料的结合形式，试图利用这些超粘胶为更多领域带来创新，如建筑工程、航天器材等。此次研究的成功不仅为水下材料的设计带来了崭新的视角，更为AI和生物技术的结合提供了宝贵的实例，也激励着未来更多跨领域的研究与合作。

而言，这项由AI辅助技术推动的水下超粘胶研究，将在多个行业中拥有深远影响，从基础设施的维护到生物医疗的应用，都可能因其而受益。科研人员对于未来应用的前景充满信心，期待这种新型材料能够在实际应用中展现出其无与伦比的优势与潜力。