Spider-silkki ehdotti käytettäväksi robottien lihaksina

Spider-silkki, joka tunnetaan jo yhtenä suurimmistakestävillä materiaaleilla, joilla on paino, on toinen epätavallinen ominaisuus, joka voi johtaa uudenlaisten keinotekoisten lihasten tai robottiasemien syntymiseen, tutkijat ovat löytäneet. Elastiset kuidut reagoivat hyvin voimakkaasti kosteuden muutoksiin. Tietyn suhteellisen kosteuden yläpuolella ne kutistuvat ja vääntyvät yhtäkkiä soveltamalla tarpeeksi voimaa kilpailemaan muiden materiaalien kanssa, joita tutkitaan toimilaitteina - eli laitteita, jotka liikkuvat suorittamaan jonkinlaista toimintaa, kuten venttiilin ohjaus.

Työn tulokset esiteltiin Science Advances -lehdessä MIT-professorin Marcus Bühlerin töissä.

Web - vahvin materiaali

Tutkijat ovat äskettäin löytäneetSpider-silkin hämmästyttävä ominaisuus, jota kutsutaan super-kokoonpuristuvuudeksi, kun hienot kuidut voivat yhtäkkiä kutistua vasteena kosteuden muutoksille. Uusi johtopäätös on, että kierteet eivät ole paineistettuja, vaan kierretyt samanaikaisesti ja luovat vahvan kiertovoiman. ”Tämä on uusi ilmiö,” Buhler sanoo.

"Löysimme sen sattumalta", vahvista se.kollegansa. "Halusimme tutkia kosteuden vaikutusta hämähäkin silkkilinjalla." Tätä varten he ripustivat silkkiä kuorman luodakseen eräänlaisen heilurin ja asettivat sen kammioon, jossa he voisivat hallita sisäistä kosteutta. ”Kun nostimme kosteutta, heiluri alkoi pyöriä. Emme odottaneet tätä.

Joukkue tarkisti useita muita materiaaleja, mukaan lukienmukaan lukien ihmisen hiukset, mutta ei havainnut tällaisia ​​kiertoliikkeitä muissa kokeissa. Ensimmäinen ilmiö on kuitenkin jo yrittänyt soveltaa (teoriassa) keinotekoisia lihaksia.

"Se voi olla hyvin mielenkiintoista yhteisöllerobotiikka ”, Bühler sanoo, viitaten uuteen tapaan hallita tietyntyyppisiä antureita tai ohjauslaitteita. "Voit käsitellä liikkeet hyvin tarkasti säätämällä kosteutta."

Hämähäkki on jo tunnettu poikkeuksellisestavoiman ja painon suhde, sen joustavuus ja elastisuus. Useat tutkijoiden ryhmät ympäri maailmaa pyrkivät toistamaan nämä ominaisuudet proteiinipohjaisten kuitujen synteettisessä versiossa.

Vaikka tämän vääntövoiman tarkoitus onkin pisteHämähäkin näkökulmasta ei tiedetä, että tiedemiehet uskovat, että kosteutta vastaava super-puristettavuus voi olla tapa varmistaa, että verkko venytetään, kun aamukaste ilmestyy siihen, mikä voi vahingoittaa sitä ja vähentää alttiutta tärinälle, jonka vuoksi hämähäkki tuntee saaliinsa.

"Emme löytäneet mitään biologista merkitystä"tämä kiertoliike, Bühler sanoo. Mutta laboratoriokokeiden ja molekyylimallinnuksen yhdistelmän ansiosta tietokone pystyi määrittämään, kuinka kiertomekanismi toimii. On käynyt ilmi, että se perustuu tietyntyyppisen proliini-nimisen rakenneproteiinin taittumiseen.

Tämän perusmekanismin tutkimustarvitaan yksityiskohtainen molekyylimallinnus. ”Yritimme löytää molekyylimekanismin, mitä kollegamme ovat löytäneet laboratoriossa. Ja löydimme mahdollisen mekanismin, joka perustuu proliiniin. ” He osoittivat, että se on proliinin rakenne, joka johtaa mallinnuksen kiertymiseen.

”Raidan viiva on proteiinikuitu. Se koostuu kahdesta pääproteiinista: MaSp1 ja MaSp2. Vääntymisreaktion kannalta välttämätön proliini löydettiin MaSp2: sta, ja kun vesimolekyylit vuorovaikutuksessa sen kanssa, ne tuhoavat sen vety- sidokset epäsymmetrisesti, mikä aiheuttaa vääntöä. Pyöriminen tapahtuu vain yhdessä suunnassa ja 70%: n suhteellisessa kosteudessa.

"Proteiinissa on sisäänrakennettu kiertosymmetria",sanoo Buhler. Vääntövoimansa ansiosta se mahdollistaa ”täysin uuden luokan materiaalit”. Voi olla mahdollista toistaa se synteettisessä materiaalissa ja luoda uusi polymeerimateriaali, joka toistaa tämän käyttäytymisen.

"Silkin ainutlaatuinen kyky paljastaasuperkompressiota ja pyörimiskäyttäytymistä vasteena ulkoisille liipaisimille, kuten kosteudelle, voidaan käyttää herkkien silkkipohjaisten materiaalien kehittämiseen, joita voidaan hienosäätää nano-tasolla. Mahdolliset sovellukset vaihtelevat pehmeistä robotteista ja kosteusantureista älykkäisiin kankaisiin ja puhtaisiin energiantuottajiin. ”

Saattaa olla, että muilla luonnonmateriaaleilla on tämä ominaisuus, mutta niitä ei ole vielä löydetty. Ja mitä mieltä olet? Kerro meille keskustelumme.