蜘蛛丝对水分的奇怪反应特性有助于研发更好的人造肌肉

2019年03月04日 11:34 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

蜘蛛丝被认为是大自然中最令人难以置信的材料之一,这已经不是什么秘密。蜘蛛丝虽然轻盈有弹性,但在力学强度方面,蜘蛛丝纤维与高强合纤Kevlar等材料的强度相接近- 现在科学家发现了一种奇怪的新特性。由麻省理工学院领导的一个研究小组发现,当暴露在一定程度的湿度下时,蜘蛛丝会突然收缩和扭曲,这可能会使其在人造肌肉中发挥作用。

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虽然这两个动作同时发生,但之前只知道萎缩。发现这种“超收缩”响应于水分而发生,据信这有助于使纤维在晨露中保持拉紧。毕竟,紧密的纤维可以更好地传导振动,因此蜘蛛可以更好地“听到晚餐铃”。

但在研究这种对湿度的反应时,团队发现,它不仅仅在缩小,而且还在扭曲。研究人员将蜘蛛丝的重量悬挂在一个临时摆锤上,然后在室内加湿。令他们惊讶的是,一旦湿度达到某一点,摆锤开始旋转。

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为了弄清楚这种扭曲是如何发生的,研究小组在实验室检查了蜘蛛丝并创建了其分子组成的计算机模型。研究人员发现造成这种现象的是一种叫做脯氨酸的氨基酸,它存在于一种叫做MaSp2的关键丝蛋白中。发现水分子以不均匀的方式破坏了一些氢键,从而开始旋转运动。

该团队还发现,旋转只能向一个方向旋转,并在相对湿度达到70%左右时开始。虽然科学家还不确定为什么蜘蛛需要在潮湿时扭曲的纤维,但在机器人或其他设备中有很多有用的应用。

该研究的作者 Anna Tarakanova表示:“蜘蛛丝具有独特的超收缩倾向,能够响应湿度等外部触发而表现出扭转行为,可用于设计响应性材料,可在纳米尺度上进行精确调整。潜在的应用是多种多样的:从湿度驱动的软体机器人和传感器,到智能纺织品和绿色能源发电机。”

该研究发表在《科学进展》杂志上。

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