General

Павуковий шовк запропонували використовувати в якості м'язів роботів

Павуковий шовк, вже відомий як один з найбільшміцних матеріалів зі своєю вагою, має ще одну незвичайну властивість, яке може привести до появи нових видів штучних м'язів або роботизованих приводів, виявили вчені. Еластичні волокна, як з'ясувалося, дуже сильно реагують на зміни вологості. Вище певного рівня відносної вологості повітря вони раптово стискуються і скручуються, докладаючи достатню силу, щоб конкурувати з іншими матеріалами, які досліджуються в якості актуаторов - тобто, пристроїв, які рухаються для здійснення якоїсь активності, на зразок управління клапаном.

Результати роботи були представлені в журналі Science Advances в роботі професора MIT Маркуса Бюлера.

Павутина - прочнейший матеріал

Дослідники не так давно виявилидивна властивість павукового шовку під назвою суперсжімаемость, коли тонкі волокна можуть раптово стискатися у відповідь на зміну вологості. Новий висновок полягає в тому, що нитки не тільки стискаються, а й скручуються одночасно, створюючи сильну скручують силу. «Це нове явище», говорить Бюлер.

«Ми виявили це випадково», підтверджують йогоколеги. «Ми хотіли вивчити вплив вологості на драглайн павукового шовку». Для цього вони підвісили вантаж на шовк, щоб створити свого роду маятник, і помістили його в камеру, де могли контролювати відносну вологість всередині. «Коли ми збільшили вологість, маятник почав обертатися. Цього ми не очікували ».

Команда перевірила ряд інших матеріалів, в томучислі людське волосся, але не виявила таких скручують рухів в інших експериментах. Однак перше явище вже спробували застосувати (в теорії) до штучних м'язів.

«Це може бути дуже цікаво для спільнотиробототехніки », говорить Бюлер, маючи на увазі новий спосіб управління певними типами датчиків або контрольних пристроїв. «Можна маніпулювати рухами дуже точно, контролюючи вологість».

Павуковий шовк вже відомий своїм винятковимспіввідношенням міцності і ваги, своєю гнучкістю і пружністю. Кілька груп вчених по всьому світу працюють над тим, щоб відтворити ці властивості в синтетичної версії волокон на основі білка.

Хоча призначення цієї скручує сили, з точкизору павука, невідомо, вчені вважають, що суперсжімаемость у відповідь на вологу може бути способом переконатися, що мережа натягнута, коли на ній виступає ранкова роса, яка може пошкодити її та знизити сприйнятливість до вібрації, за рахунок якої павук відчуває свою здобич.

«Ми не знайшли ніякого біологічного сенсу» вце скручує русі, говорить Бюлер. Але завдяки комбінації лабораторних експериментів і молекулярного моделювання за допомогою комп'ютера вони змогли визначити, як працює механізм скручування. Виявляється, він заснований на згортання певного виду будівельного білка, званого пролином.

Дослідження цього основного механізмузажадало детального молекулярного моделювання. «Ми спробували знайти молекулярний механізм того, що наші колеги виявили в лабораторії. І ми дійсно знайшли потенційний механізм, заснований на пролін ». Вони показали, що саме структура пролина призводить до скручування в моделюванні.

«Драглайн павутини - це білкове волокно. Він складається з двох основних білків, MaSp1 і MaSp2 ». Пролин, необхідний для реакції скручування, знайшли в MaSp2, і коли молекули води взаємодіють з ним, вони руйнують його водневі зв'язку асиметрично, що викликає кручення. Обертання відбувається тільки в одному напрямку і при відносній вологості в 70%.

«Білок має вбудовану симетрію обертання»,говорить Бюлер. І завдяки його силі кручення, він робить можливим «цілий новий клас матеріалів». Можливо, його вийде відтворити в синтетичному матеріалі і створити новий полімерний матеріал, який повторював би це поведінка.

«Унікальна здатність шовку піддаватисясуперсжатію і проявляти обертальний поведінку у відповідь на зовнішні тригери, такі як вологість, може бути використана для розробки чутливих матеріалів на основі шовку, які можна буде точно налаштувати на нанорівні. Потенційні області застосування різноманітні: від м'яких роботів і датчиків вологості до розумних тканин і генераторів екологічно чистої енергії ».

Може бути і так, що інші природні матеріали володіють цією властивістю, проте їх поки не виявили. А яке застосування бачите ви? Розкажіть в нашому чаті.