Generelt

Spider silke foreslået at bruge som muskler af robotter

Spider silke, der allerede er kendt som en af ​​de mestholdbare materialer med sin vægt, har en anden usædvanlig egenskab, som kan føre til fremkomsten af ​​nye typer kunstige muskler eller robotdrev, som forskere har fundet. Elastiske fibre, som det viste sig, reagerer meget stærkt på ændringer i fugtighed. Over et vist niveau af relativ luftfugtighed krymper de pludselig og vrider og anvender tilstrækkelig kraft til at konkurrere med andre materialer, der undersøges som aktuatorer - det vil sige enheder, der bevæger sig til at udføre en slags aktivitet, såsom ventilstyring.

Resultaterne af arbejdet blev præsenteret i tidsskriftet Science Advances i MIT Professor Marcus Bühlers arbejde.

Web - det stærkeste materiale

Forskere har for nylig opdagetSpider silkes fantastiske ejendom kaldes super-kompressibilitet, når fine fibre pludselig kan krympe som følge af ændringer i fugt. Den nye konklusion er, at trådene ikke kun komprimeres, men snoet samtidigt, hvilket skaber en stærk vridningskraft. "Dette er et nyt fænomen," siger Buhler.

"Vi opdagede det ved en tilfældighed," bekræft det.kollegaer. "Vi ønskede at studere virkningen af ​​fugt på edderkoppen silke dragline." For at gøre dette suspenderede de lasten på silke for at skabe en slags pendul og lagde den i et kammer, hvor de kunne kontrollere den relative luftfugtighed inde. "Da vi øgede fugtigheden, begyndte pendulet at rotere. Det forventede vi ikke. "

Holdet kontrollerede en række andre materialer, herunderherunder menneskehår, men detekterede ikke sådanne vridningsbevægelser i andre forsøg. Det første fænomen har dog allerede forsøgt at anvende (i teorien) på kunstige muskler.

"Det kan være meget interessant for samfundetrobotik, "siger Bühler, der henviser til en ny måde at styre visse typer sensorer eller styringsenheder på. "Du kan manipulere bevægelserne meget præcist ved at kontrollere fugtigheden."

Spider silke er allerede kendt for sin usædvanligeforholdet mellem styrke og vægt, dets fleksibilitet og elasticitet. Flere grupper af forskere rundt om i verden arbejder på at reproducere disse egenskaber i en syntetisk version af proteinbaserede fibre.

Selv om formålet med denne vridning kraft fra punktetSpindel synspunkt er det ikke kendt, videnskabsfolk mener, at super-kompressibilitet som reaktion på fugt kan være en måde at sikre, at netværket er strakt, når morgendugg vises på den, hvilket kan beskadige det og reducere modtagelighed for vibrationer, som følge af hvilken edderkoppen føler sit bytte.

"Vi fandt ingen biologisk betydning" idenne vridning, siger Bühler. Men takket være en kombination af laboratorieforsøg og molekylær modellering ved hjælp af en computer kunne de bestemme, hvordan drejemekanismen fungerer. Det viser sig, at det er baseret på foldning af en bestemt type bygningsprotein kaldet prolin.

Undersøgelsen af ​​denne grundlæggende mekanismepåkrævet detaljeret molekylær modellering. "Vi forsøgte at finde den molekylære mekanisme for, hvad vores kolleger opdagede i laboratoriet. Og vi fandt en potentiel mekanisme baseret på prolin. " De viste, at det er strukturen af ​​prolin, der fører til vridning i modellering.

"Træklinjen på nettet er proteinfiber. Den består af to store proteiner, MaSp1 og MaSp2. " Prolin, der var nødvendig for vridningsreaktionen, blev fundet i MaSp2, og når vandmolekylerne interagerer med det, ødelægger de dets hydrogenbindinger asymmetrisk, hvilket forårsager vridning. Rotationen forekommer kun i en retning og ved en relativ luftfugtighed på 70%.

"Proteinet har en indbygget rotationssymmetri",siger Buhler. Og takket være dens torsionsstyrke muliggør det en "helt ny klasse af materialer". Det kan være muligt at reproducere det i syntetisk materiale og skabe et nyt polymermateriale, der gentager denne adfærd.

"Silkets unikke evne til at blive udsatsuperkompression og rotationsadfærd som reaktion på eksterne triggere, såsom fugt, kan bruges til at udvikle følsomme silkebaserede materialer, som kan finjusteres på nanostanden. Potentielle anvendelser spænder fra bløde robotter og fugtighedssensorer til smarte stoffer og rene energigeneratorer. "

Det kan være, at andre naturlige materialer har denne ejendom, men de er endnu ikke blevet opdaget. Og hvilken brug ser du? Fortæl os i vores chat.