Menschlichen Spider-Seide haben vorgeschlagen, die Verwendung als Muskel-Roboter

Menschlichen Spider-Seide, bereits bekannt als einer der beständigsten Materialien mit Ihrem Gewicht, hat eine weitere ungewöhnliche Eigenschaft, die kann dazu führen, dass die Entstehung neuer Arten von künstlichen Muskeln oder Roboter-Antrieben, entdeckten die Wissenschaftler. Elastischen Fasern, wie sich herausstellte, sehr stark reagieren auf änderungen der Luftfeuchtigkeit. Über ein bestimmtes Niveau der relativen Luftfeuchtigkeit sind Sie plötzlich zusammenziehen und kräuseln mit genügend Energie, um im Wettbewerb mit anderen Materialien, die erforscht werden als Aktuatoren — das heißt, Geräte, die sich für die Durchführung einer bestimmten Aktivität, wie Kontrolle Ventil.

Die Ergebnisse der Arbeit wurden in der Fachzeitschrift Science Advances in der Arbeit MIT Professor Marcus Bühler.

Netz — eine solide Material

Die Forscher nicht so lange her, entdeckt die erstaunliche Eigenschaft von Spinnenseide unter dem Namen суперсжимаемость, wenn die feinen Fasern können plötzlich schrumpfen in Reaktion auf die Veränderung der Luftfeuchtigkeit. Die neue Ausgabe besteht darin, dass der Faden nicht nur komprimiert, sondern auch gleichzeitig kräuseln, wodurch eine starke скручивающую Kraft. «Es ist ein neues Phänomen», sagt Bühler.

«Wir fanden es zufällig», bestätigen seine Kollegen. «Wir wollten die Auswirkungen der Luftfeuchtigkeit auf der Dragline von Spinnenseide». Dazu haben Sie sich aufgereiht Ladung auf Seide, eine Art Pendel, und setzten ihn in die Kammer, wo Sie nur konnten, die relative Luftfeuchtigkeit im inneren. «Wenn wir erhöhte Feuchtigkeit, Pendel fing an sich zu drehen. Dies haben wir nicht erwartet».

Der Befehl überprüft eine Reihe von anderen Materialien, einschließlich menschliches Haar, aber nicht entdeckte vor solchen Bewegungen in anderen Experimenten. Aber das erste Phänomen bereits bemüht, gelten (in der Theorie) zur künstlichen Muskeln.

«Es kann sehr interessant sein für die Community Robotik», sagt Bühler, bedenkt man die neue Möglichkeit der Verwaltung von bestimmten Arten von sensoren oder Steuerungs-Geräten. «Sie manipulieren die Bewegungen sehr genau, die Steuerung der Feuchtigkeit».

Menschlichen Spider-Seide ist bekannt für seine außergewöhnlichen Verhältnis von Festigkeit und Gewicht, seine Flexibilität und Elastizität. Mehrere Gruppen von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt arbeiten daran, diese Eigenschaften zu reproduzieren in der synthetischen Version von Fasern auf der Basis von Eiweiß.

Obwohl die Zuordnung dieser Kräfte Roll-Sammlung, aus der Sicht der Spinne, ist unbekannt, Wissenschaftler glauben, dass суперсжимаемость in Reaktion auf Feuchtigkeit kann ein Weg, um sicherzustellen, dass das Netz gespannt ist, wenn auf ihm ist der Morgentau, das kann zu Beschädigungen führen und verringern die Anfälligkeit für Vibrationen, die durch die Spinne fühlt sich Ihre Beute.

«Wir fanden keinen biologischen Sinn» in diesem скручивающем Bewegung, sagt Bühler. Aber durch die Kombination aus Laborexperimenten und der molekularen Modellierung mit Hilfe des Computers konnten Sie bestimmen, wie der Mechanismus der Verdrehung. Es stellt sich heraus, es basiert auf die Stilllegung einer bestimmten Art Bau-Protein namens an Prolin.

Die Erforschung dieser grundlegenden Mechanismus erforderte eine detaillierte molekulardesign. «Wir haben versucht, eine molekulare Mechanismus dafür, dass unsere Kollegen im Labor festgestellt. Und wir fanden wirklich ein potentieller Mechanismus, basierend auf пролине». Sie haben gezeigt, dass gerade die Struktur von Prolin führt zu einer Verdrehung in der Modellierung.

«Dragline Netz ist ein Protein-Faser. Es besteht aus zwei wesentlichen Proteinen, MaSp1 und MaSp2». Prolin, das für die Reaktion verdrehen, fanden in MaSp2, und wenn die Wassermoleküle interagieren mit ihm, Sie zerstören ihn Wasserstoffbrücken asymmetrisch, was bewirkt, dass die Torsion. Die Drehung erfolgt nur in einer Richtung und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70%.

«das Protein hat eine eingebaute Rotations-Symmetrie», sagt Bühler. Und Dank seiner Kraft, Torsion, er macht es möglich, «eine ganze neue Klasse von Materialien». Vielleicht, es wird zu reproduzieren in einem synthetischen Material und erstellen Sie ein neues Polymer-Material, der wiederholt würde dieses Verhalten.

«Einzigartige Fähigkeit, Seide zu Unterziehen суперсжатию und drehverhalten zeigen in Reaktion auf einen externen Trigger, wie Z. B. Feuchtigkeit, kann verwendet werden, um die Entwicklung von empfindlichen Materialien auf der Grundlage von Seide, die Feinabstimmung auf der nanoskala. Die möglichen Einsatzgebiete sind vielfältig: von weichen Roboter und Feuchte-sensoren zu intelligenten Stoffen und Generatoren saubere Energie».

Kann sein, dass andere Natürliche Materialien haben diese Eigenschaft, jedoch sind noch nicht entdeckt. Und welche Anwendung sehen Sie? Erzählen Sie .