عام

اقترح الحرير العنكبوت لاستخدامها كعضلات الروبوتات

الحرير العنكبوت ، المعروف بالفعل باعتبارها واحدة من أكثر من غيرهااكتشف العلماء أن المواد المعمرة التي لها وزن ، لها خاصية غير عادية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى ظهور أنواع جديدة من العضلات الاصطناعية أو المحركات الآلية. تتفاعل الألياف المرنة ، كما اتضح فيما بعد ، بقوة مع التغيرات في الرطوبة. فوق مستوى معين من الرطوبة النسبية ، تتقلص وتلتفت فجأة ، وتطبق قوة كافية للتنافس مع المواد الأخرى التي يتم بحثها كمشغلات - أي الأجهزة التي تتحرك لأداء نوع من النشاط ، مثل التحكم في الصمام.

تم تقديم نتائج العمل في مجلة Science Advances في أعمال البروفيسور ماركوس بوهلر بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

الويب - أقوى المواد

لقد اكتشف الباحثون مؤخرًاخاصية الحرير العنكبوت المدهشة تدعى قابلية الانضغاط الفائقة ، عندما تتقلص الألياف الدقيقة فجأة استجابة للتغيرات في الرطوبة. الاستنتاج الجديد هو أن الخيوط لا يتم ضغطها فقط ، بل يتم التواءها في وقت واحد ، مما يخلق قوة ملتوية قوية. يقول بوهلر: "هذه ظاهرة جديدة".

"لقد اكتشفناه بالصدفة".الزملاء. "أردنا دراسة تأثير الرطوبة على حبل حرير العنكبوت." للقيام بذلك ، قاموا بتعليق الحمل على الحرير لإنشاء نوع من البندول ، ووضعوه في غرفة حيث يمكنهم التحكم في الرطوبة النسبية في الداخل. عندما زادنا الرطوبة ، بدأ البندول بالتناوب. لم نتوقع هذا ".

فحص الفريق عددًا من المواد الأخرى ، بما في ذلكبما في ذلك شعر الإنسان ، لكنه لم يكتشف حركات التواء في تجارب أخرى. ومع ذلك ، فقد حاولت الظاهرة الأولى بالفعل تطبيق (نظريا) على العضلات الاصطناعية.

"يمكن أن يكون مثيرا للاهتمام بالنسبة للمجتمعيقول بوهلر ، في إشارة إلى طريقة جديدة للتحكم في أنواع معينة من أجهزة الاستشعار أو أجهزة التحكم. "يمكنك التلاعب بالتحركات بدقة شديدة من خلال التحكم في الرطوبة."

ومن المعروف بالفعل الحرير العنكبوت عن استثنائيةنسبة القوة والوزن ، والمرونة والمرونة. تعمل عدة مجموعات من العلماء حول العالم على إعادة إنتاج هذه الخواص في نسخة تركيبية من الألياف القائمة على البروتين.

على الرغم من أن الغرض من هذه القوة التواء ، من النقطةوجهة نظر العنكبوت ، من غير المعروف ، يعتقد العلماء أن الانضغاط الفائق استجابةً للرطوبة يمكن أن يكون وسيلة للتأكد من أن الشبكة ممتدة عندما يظهر الندى الصباحي عليها ، مما قد يؤدي إلى إتلافها ويقلل من قابليتها للاهتزاز ، بسبب شعور العنكبوت بفريسته.

"لم نجد أي معنى بيولوجي" فيهذه الحركة التواء ، ويقول بوهلر. ولكن بفضل مزيج من التجارب المعملية والنمذجة الجزيئية باستخدام جهاز كمبيوتر ، تمكنوا من تحديد كيفية عمل آلية اللف. اتضح أنه يعتمد على طي نوع معين من بروتين البناء يسمى البرولين.

دراسة هذه الآلية الأساسيةمطلوب النمذجة الجزيئية مفصلة. لقد حاولنا إيجاد الآلية الجزيئية لما اكتشفه زملاؤنا في المختبر. وقد وجدنا آلية محتملة قائمة على البرولين. " لقد أظهروا أن بنية البرولين هي التي تؤدي إلى التواء في النمذجة.

"خط السحب على شبكة الإنترنت هو ألياف البروتين. يتكون من بروتينين رئيسيين ، MaSp1 و MaSp2. " تم العثور على البرولين ، الضروري لتفاعل التواء ، في MaSp2 ، وعندما تتفاعل جزيئات الماء معها ، فإنها تدمر روابط الهيدروجين الخاصة بها بشكل غير متماثل ، مما يسبب التواء. يحدث الدوران فقط في اتجاه واحد وفي رطوبة نسبية تبلغ 70٪.

"يحتوي البروتين على تناظر دوران مدمج" ،يقول بوهلر. وبفضل قوتها الالتوائية ، فإنه يجعل من الممكن "فئة جديدة كاملة من المواد". قد يكون من الممكن إعادة إنتاجه في مادة اصطناعية وإنشاء مادة بوليمرية جديدة تكرر هذا السلوك.

"قدرة فريدة من الحرير أن تتعرضيمكن استخدام الضغط الفائق والسلوك الدوراني استجابة للمحفزات الخارجية ، مثل الرطوبة ، لتطوير مواد حساسة قائمة على الحرير يمكن ضبطها على مستوى النانو. تتراوح التطبيقات المحتملة من الروبوتات الناعمة وأجهزة استشعار الرطوبة إلى الأقمشة الذكية ومولدات الطاقة النظيفة. "

قد يكون لهذه المواد الطبيعية الأخرى هذه الخاصية ، لكن لم يتم اكتشافها بعد. وما فائدة هل ترى؟ أخبرنا في دردشة لدينا.