Mătasea de păianjen, cunoscută ca unul dintre cele mai puternice materiale naturale, ar putea di folosită pentru producerea unor noi tipuri de mușchi artificiali sau elemente robotice de acționare, conform unei echipe internaționale de cercetători.
Descoperirile au fost publicate în jurnalul ”Science Advances”, într-o lucrare efectuată de Markus Buehler, profesor la MIT, împreună cu Anna Tarakanova și studenta Claire Hsu la MIT și 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 și se rotesc, exercitând o forță suficientă pentru a fi potențial competitive cu alte materiale ce sunt explorate ca elemente de acționare – aparate care se mișcă pentru a efectua unele tipuri de activități, cum ar fi controlarea unei valve.
În afara faptului că fibrele se micșorează brusc, de asemenea se rotesc în același timp, furnizând o forță puternică de torsiune.
Pentru studiul lor, cercetătorii au suspendat o greutate cu mătase de păianjen pentru a face un tip de pendul și l-au închis într-o cameră unde puteau controla umiditatea relativă.
”Inițial am făcut această descoperire accidental. Eu și colegii mei am vrut să studiem influența umidității asupra mătasei de păianjen. Când am crescut umiditatea, pendulul a început să se rotească. Nu ne așteptam la asta. Chiar m-a șocat. Imediat m-am gandit că acest fenomen poate fi folosit pentru a crea mușchii artificiali”, a spus Liu, citat de sciencedialy.com.
Echipa a testat câteva alte materiale, inclusiv părul uman, dar nu au găsit asemenea forțe de rotație în acestea.
Mătasea de păianjen este deja cunoscută pentru rata sa excepțională de putere raportată la greutate, flexibilitate, duritate și elasticitate. Echipe din toată lumea lucrează pentru a replica aceste proprietăți într-o versiune sintetică a fibrei bazate pe proteine.
În timp ce scopul forței de rotație rămâne necunoscut, din perspectiva păianjenului, cercetătorii sunt de părere că supracontracția ca răspuns la umezeală poate fi o cale de a asigura că o pânză este strânsă ca răspuns la roua dimineții, protejând-o de deteriorări și maximizându-i răspunsul la vibrație pentru ca păianjenul să simtă prada.
”Nu am găsit vreo importanță biologică pentru mișcarea de rotație”, a spus Buehler. Dar printr-o combinație de teste de laborator și modelare moleculară prin calculator, au fost capabili să determine modul de funcționare a mecanismului de rotație. S-a dovedit că se bazează pe plierea unui bloc de construcție de proteine specific, numit prolină.
”Am încercat să găsim un mecanism molecular pentru ceea ce colaboratorii noștri găsesc în laborator. Și de fapt am găsit un mecanism potențial, bazat pe prolină”, a explicat Hsu. Cercetătorii au arătat că implicând această structură particulară de prolină, rotația a apărut mereu în simulări, dar în absența ei nu a existat.
”Mătasea de păianjen este o fibră proteică. Este compusă din două proteine principale, numite MaSp1 și MaSp2”, a explicat Liu. Prolina, crucială pentru reacția de rotație, este găsită în MaSp2 și atunci când moleculele de apă interacționează cu ea, distruge legăturile de hidrogen într-o cale asimetrică ce cauzează rotația. Rotația merge numai într-o direcție și 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. Aplicațiile potențiale sunt diverse: muschi artificiali, la roboți moi și senzori de umiditate, până la textile inteligente și generatoare de energie verde.
Niciun comentariu!
Poți adăuga unul pentru a porni o conversație.