它是八足强盗的超级材料:蜘蛛丝极具抵抗力,但又轻巧而富有弹性。现在,研究人员正在报告使迷人的天然物质对技术产生吸引力的其他功能:实验表明,从一定的空气湿度来看,这些线不仅会强烈收缩,而且会强烈扭曲。科学家说,这可能会使蜘蛛丝或受其启发的材料适合用作机器人的“肌肉”。

经过数百万年的发展,蜘蛛丝已经完美地制成了一种在功能组合方面明显胜过人类材料的材料。这首先适用于由特殊压盖生产蜘蛛网的七种类型的线的最坚固的版本:所谓的安全线形成了基本的网络结构,该结构在其缝隙中带有细密的粘合线。长期以来,研究人员一直在研究这些高性能悬挂绳的多层性能并研究其潜在的材料性能。

惊人的多用途天然专利

到目前为止,重点一直放在主要特征上:强度,轻度,柔韧性和韧性。但是最近,研究人员发现了蜘蛛丝的另一个令人激动的方面:从一定的湿度来看,这些线突然之间有力地拉在一起。现在,一个国际研究人员团队还发现,除了所谓的“超级收缩”外,这些线还产生了强大的扭转力。

武汉华中科技大学的合著者刘达标说:“我们是偶然发现的。” “我和我的同事想调查空气湿度对蜘蛛丝的影响。为此,我们将重物挂在螺纹上以形成一种摆。令我们惊讶的是,当我们随后增加空气湿度时,钟摆突然开始剧烈旋转。科学家说,我们睁大了眼睛。研究人员报告说,旋转仅在一个方向上发生,并从大约70%的相对湿度开始。但是,使用其他材料(例如人发)进行的实验不会产生这种扭曲效果。

然后,他们继续使用计算机上的实验室测试和分子建模来搜索效果的基础知识。刘说:“蜘蛛线是蛋白质纤维。” “它们由两种主要蛋白质组成-MaSp1和MaSp2。”正如他解释的那样,事实证明,扭曲反应是基于MaSp2的脯氨酸蛋白质构建基块的特殊折叠:水分子不对称地破坏了脯氨酸的氢键,从而引起旋转调查。

技术应用潜力

有趣的是,蛋白质沿特定方向产生旋转,通过控制湿度,可以非常精确地控制运动。例如,这些影响对于机器人技术界可能是非常有趣的。”来自剑桥麻省理工学院的合著者Markus Buehler说。研究人员说:“也许我们可以制造出可以复制这些功能的新型聚合物材料。” 他的同事安娜·塔拉卡诺娃(Anna Tarakanova)继续说道:“这种超强的收缩能力以及对水分的响应会引起扭转,这在许多应用中都可能很有趣:从水分控制的软机器人到传感器再到智能纺织品,”这位科学家说。

正如她和她的同事所强调的那样,到目前为止,尚不清楚什么有利于湿气对蜘蛛的扭转作用。有趣的是,就其吊环线而言,已知它们能够特别好地承受扭曲,从而使星形轮粘在线上而不会转动。根据研究人员的说法,形成网络框架的线程在高湿度下收缩似乎是合理的:当暴露于露水时,这可能会使网络变紧。但是,科学家们说,附加转向作用的生物学意义现在是一个悬而未决的问题。