湿时具有粘性：这种胶水可以密封伤口、治愈创伤和修复船舶。
这真是一个不寻常的景象：一只亮黄色的橡皮鸭被粘在海边一块湿漉漉的岩石上。海浪连续几天拍打着它，但它却纹丝不动——这要归功于一种由人工智能设计出来的超粘胶水。
如果你曾经尝试过修补漏水的管道或屋顶，你就会知道化学胶水效果不佳。强力胶遇湿气会迅速硬化，而且几乎没有时间涂抹。它们还容易在不平整的表面（例如岩石或管道）以及含盐和潮湿的环境中开裂。
柔软的水凝胶是一种更柔韧的替代品，但它们的弹性通常会抵消其粘性。尽管如此，科学家们长期以来一直希望将水凝胶用作医疗应用中的胶水。超粘性的水凝胶可以封闭深层伤口，在手术中充当创可贴，并帮助组织更快愈合。它们还可以用于覆盖假肢或可穿戴生物传感器。
问题何在？人体往往潮湿、凹凸不平，而且带有盐分。大自然自有解决办法。从细菌到藤壶、贻贝和蜗牛，各种各样的生物都会分泌粘稠的蛋白质胶，让它们在潮湿的表面滑行、爬行或抓握。这些胶水有时非常强韧，需要工具才能将它们撬开。
现在，一支来自日本和中国的团队将这些天然蛋白质转化为粘性水凝胶，并利用人工智能技术研制出粘性更强的版本。其中一款人工智能产品能够在盐水中粘附陶瓷、玻璃和金属表面长达一年多，并且能够悬挂一公斤（约2.2磅）的重物。没错，它还能将一只小黄鸭粘在海边一块荒凉的岩石上。另一款产品则封住了一条爆裂的水管长达五个月。这两种产品都与小鼠具有生物相容性，这表明人工智能生成的超级胶水在医学领域大有可为。
米兰比可卡大学的劳拉·罗索（Laura Rosso）写道：“这种能够强力粘附在不规则和潮湿表面上的超粘性水凝胶可能会对许多生物医学应用产生变革性的影响。”她没有参与这项研究。
水凝胶膨胀
利用人工智能发现和设计材料并非新鲜事。但相关研究主要集中在硬质材料或小型化学物质上。其中一项研究发现了数百万种此前未知的晶体，这些晶体可能用于微芯片和电池的设计。另一项研究结合机器人系统，自动合成了多种新材料。
但讽刺的是，柔软的水凝胶一直是一个难题。
坚硬的无机材料具有明确的结构和特性，这使得训练人工智能对其进行建模变得更加容易。相比之下，水凝胶是由在水中膨胀的柔软分子构成的。这种凝胶包含分子网络，这些分子网络像小树一样延伸出“枝条”。凝胶的三维结构取决于每个分子枝条与其他分子枝条的相互作用。
这些材料在压力下也会变形，在潮湿环境下会膨胀。这些特性与你对超强粘性胶水的期望完全相反。
Russo写道，使用人工智能寻找“适合特定功能的水凝胶是一项比发现硬质材料复杂得多的任务”。人工智能目前仅用于预测水凝胶的性能，例如它们如何膨胀以及它们是否适用于3D打印项目。你需要一个庞大的粘性蛋白质数据库，才能让人工智能学习如何设计它们——但目前还没有这样的数据库。
俗气的想法
这项新研究的灵感来源于大约200种能分泌粘性蛋白质的物种，包括细菌和藤壶。其中许多蛋白质已被测序。
通过扫描现有的蛋白质数据库，研究团队确定了哪些氨基酸序列可以形成在水下保持粘性的蛋白质。随后，他们精心设计并制作了180种水凝胶，每种水凝胶都由最有可能发挥天然粘合剂作用的分子构成。在实验室测试中，他们记录了这些水凝胶的粘性、膨胀性以及它们在流水中的表现。
利用这些数据，团队训练了人工智能，设计出更强大的水下水凝胶胶水。他们将人工智能的最佳结果反馈到算法中，进一步改进。三个周期后，排名前三的水凝胶的粘合强度远远超过了训练数据集。
其中包括R1-Max，这种胶水可以将鸭子粘在岩石上。湿滑的海边岩石是胶水最难对付的场景之一。海浪很容易将轻便的玩具剥落，潮汐还会改变湿度，而大多数胶水都无法承受。
“我们想证明我们的粘合水凝胶……能够粘在湿润的岩石上的鸭子身上……而且这只鸭子很可爱，”研究作者范海龙告诉《自然》杂志。在海浪的冲击下，这只鸭子表现得像栖息在岩石上的藤壶一样顽强。
在另一项测试中，这种形状像大号创可贴的水凝胶瞬间修补了漏水的管道。水凝胶封住了漏水孔，有效期超过五个月，表明它可以用于紧急修补水下泄漏。
这种材料还具有生物相容性。当植入小鼠皮下时，这些小动物安然无恙，没有出现明显的免疫反应或其他副作用。“这种能够牢固粘附于不规则和潮湿表面的超强粘附性水凝胶，或将为许多生物医学应用带来变革，”Russo写道。
人工智能也可以设计其他软材料，尤其是具有医疗用途的材料。但它必须适应组织和器官的复杂性——为皮肤设计的水凝胶可能不适用于心脏或动脉。每个器官中不同的分子也可能改变凝胶的作用方式。
该团队目前正在尝试利用人工智能的“大脑”来探究R1-Max如此粘稠的原因。了解确切原因或许能帮助我们研制出更优质的蛋白质胶。
更广泛地说，这项研究“表明人工智能不再仅仅是材料科学的一种工具，”Russo写道。“它已经被用于改进和支持材料的设计和生成。”
人工智能设计出像藤壶一样抓握的水下强力胶水一文最先出现在SingularityHub上。
原文： https://singularityhub.com/2025/08/11/ai-designs-underwater-super-glue-that-grips-like-a-barnacle/