Mătasea de păianjen, cunoscută ca unul dintre cele mai puternice materiale naturale, ar putea di folosită pentru producerea unor noi tipuri de muşchi artificiali sau elemente robotice de acţionare, conform unei echipe internaţionale de cercetători.
Descoperirile au fost publicate în jurnalul ”Science Advances”, într-o lucrare efectuată de Markus Buehler, profesor la MIT, împreună cu Anna Tarakanova şi studenta Claire Hsu la MIT şi Dabiao Liu de la Huazhong University of Science and Technology în Wuhan, China.
Echipa a descoperit că fibrele elastice ale pânzei de păianjen răspund foarte puternic la schimbările de umiditate. După un anumit nivel de umiditate relativă în aer, se contractă brusc şi se rotesc, exercitând o forţă suficientă pentru a fi potenţial competitive cu alte materiale ce sunt explorate ca elemente de acţionare – aparate care se mişcă pentru a efectua unele tipuri de activităţi, cum ar fi controlarea unei valve.
În afara faptului că fibrele se micşorează brusc, de asemenea se rotesc în acelaşi timp, furnizând o forţă puternică de torsiune.
Pentru studiul lor, cercetătorii au suspendat o greutate cu mătase de păianjen pentru a face un tip de pendul şi l-au închis într-o cameră unde puteau controla umiditatea relativă.
”Iniţial am făcut această descoperire accidental. Eu şi colegii mei am vrut să studiem influenţa umidităţii asupra mătasei de păianjen. Când am crescut umiditatea, pendulul a început să se rotească. Nu ne aşteptam la asta. Chiar m-a şocat. Imediat m-am gandit că acest fenomen poate fi folosit pentru a crea muşchii artificiali”, a spus Liu, citat de sciencedialy.com.
Echipa a testat câteva alte materiale, inclusiv părul uman, dar nu au găsit asemenea forţe de rotaţie în acestea.
Mătasea de păianjen este deja cunoscută pentru rata sa excepţională de putere raportată la greutate, flexibilitate, duritate şi elasticitate. Echipe din toată lumea lucrează pentru a replica aceste proprietăţi într-o versiune sintetică a fibrei bazate pe proteine.
În timp ce scopul forţei de rotaţie rămâne necunoscut, din perspectiva păianjenului, cercetătorii sunt de părere că supracontracţia ca răspuns la umezeală poate fi o cale de a asigura că o pânză este strânsă ca răspuns la roua dimineţii, protejând-o de deteriorări şi maximizându-i răspunsul la vibraţie pentru ca păianjenul să simtă prada.
”Nu am găsit vreo importanţă biologică pentru mişcarea de rotaţie”, a spus Buehler. Dar printr-o combinaţie de teste de laborator şi modelare moleculară prin calculator, au fost capabili să determine modul de funcţionare a mecanismului de rotaţie. S-a dovedit că se bazează pe plierea unui bloc de construcţie de proteine specific, numit prolină.
”Am încercat să găsim un mecanism molecular pentru ceea ce colaboratorii noştri găsesc în laborator. Şi de fapt am găsit un mecanism potenţial, bazat pe prolină”, a explicat Hsu. Cercetătorii au arătat că implicând această structură particulară de prolină, rotaţia a apărut mereu în simulări, dar în absenţa ei nu a existat.
”Mătasea de păianjen este o fibră proteică. Este compusă din două proteine principale, numite MaSp1 şi MaSp2”, a explicat Liu. Prolina, crucială pentru reacţia de rotaţie, este găsită în MaSp2 şi atunci când moleculele de apă interacţionează cu ea, distruge legăturile de hidrogen într-o cale asimetrică ce cauzează rotaţia. Rotaţia merge numai într-o direcţie şi are loc la un prag de umiditate relativă de aproximativ 70%.
Acum că această proprietate a fost găsită, cercetătorii sugerează că poate fi reprodusă într-un material sintetic. Aplicaţiile potenţiale sunt diverse: muschi artificiali, la roboţi moi şi senzori de umiditate, până la textile inteligente şi generatoare de energie verde.
