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科学新闻
来自研究机构

蜘蛛丝可以用作机器人肌肉。

超硬材料的不寻常特性可用于扭转或拉伸运动。

日期:
3月1日,2019年
来源:
麻省理工学院
总结:
研究人员发现,蜘蛛丝在潮湿环境中会产生强烈的扭转运动。可用于未来的人造肌肉或执行器。
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实验装置用于研究蜘蛛丝的行为。在测试纤维的收缩和扭转时,中心的圆柱形室可以精确控制湿度。
学分:研究人员提供的照片

蜘蛛丝已经betway必威安卓被认为是最坚固的材料之一,结果发现还有另一个不寻常的特性,可能导致新的人工肌肉或机器人执行器,研究人员发现。

弹性纤维,小组发现,对湿度变化的反应非常强烈。在空气中一定的相对湿度以上,它们突然收缩扭曲,施加足够的力,使其有可能与正在研究的其他材料(如执行机构)竞争——执行某些活动(如控制阀门)的装置。

这些发现今天在期刊上发表科学进展,请在麻省理工学院教授马库斯·布勒的一篇论文中,土木与环境工程系主任,必威体育app 下载与前博士后安娜•塔拉卡诺娃以及麻省理工学院的本科生克莱尔•许一起;笪彪柳武汉华中科技大学副教授,中国;还有六个。

研究人员最近发现了一种叫做超浓缩的蜘蛛丝。其中纤细的纤维会随着湿度的变化而突然收缩。新的发现不仅是线程收缩,betway必威安卓它们同时扭曲,提供强大的扭转力。“这是一个新现象,”比勒说。

“我们最初是偶然发现的,”刘说。“我和同事想研究湿度对蜘蛛丝的影响。”为此,他们把一个重物悬挂在丝绸上,做成一种钟摆,把它封闭在一个可以控制室内相对湿度的房间里。“当我们增加湿度时,钟摆开始转动。这超出了我们的预料。我真的很震惊。”

小组测试了许多其他材料,包括头发,但在其他人身上却没有发现这样扭曲的动作。但是刘说他马上就开始思考这个现象“可能被用于人造肌肉”。

“这对机器人界来说非常有趣,”比勒说,作为一种控制某些传感器或控制装置的新方法。“通过控制湿度来控制这些运动是非常精确的。”

蜘蛛丝以其特殊的强度重量比而闻名,betway必威安卓它的灵活性,它的韧性,或弹性。世界各地的许多团队正在努力将这些特性复制到基于蛋白质的纤维的合成版本中。

而这种扭转力的目的,从蜘蛛的角度来看,未知,研究人员认为,对水分的超浓缩可能是一种确保网络在晨露的作用下被拉紧的方法。也许可以保护蜘蛛免受伤害,最大限度地提高它对振动的反应能力,让蜘蛛感觉到它的猎物。

“我们还没有发现扭曲运动的生物学意义”,比勒说。但是通过实验室实验和计算机分子模型的结合,他们已经能够确定扭转机构是如何工作的。事实证明,它是基于一种特定蛋白质构建基块的折叠,叫做脯氨酸。

研究潜在的机制需要详细的分子模型,由Tarakanova和Hsu执行。“我们试图找到我们的合作者在实验室所发现的分子机制,”许解释说。基于脯氨酸,我们发现了一个潜在的机制。他们发现,有了这种特殊的脯氨酸结构,在模拟中经常发生扭曲,但没有它就没有扭曲。

“蜘蛛丝是一种蛋白质纤维,”刘解释说。“它由两种主要蛋白质组成,叫做MASP1和MASP2“脯氨酸,对扭转反应至关重要,在MASP2内发现,当水分子与它相互作用时,它们以不对称的方式破坏它的氢键,从而导致旋转。旋转方向只有一个,它发生在大约70%相对湿度的阈值。

比勒说:“这种蛋白质有一个内置的旋转对称性。”通过它的扭转力,这使得“一个全新的材料类别”成为可能。既然发现了这一特性,他建议,也许它可以在合成材料中复制。“也许我们可以制造一种新的聚合物材料来复制这种行为,”比勒说。

Tarakanova说:“丝绸独特的超浓缩倾向和对外界因素(如湿度)的反应表现出扭转行为,可以利用这种倾向来设计可在纳米尺度上精确调节的响应性丝绸基材料。”他现在是康涅狄格大学的助理教授。“潜在的应用是多种多样的:从湿度驱动的软机器人和传感器,智能纺织品和绿色能源发电机。”

其他天然材料也可能表现出这种特性,但如果是这样的话,这还没有被注意到。“这种扭转运动可能存在于我们还没有研究过的其他材料中,”比勒说。除了可能的人造肌肉,这一发现还可能导致精确的湿度传感器。

故事来源:

材料由提供麻省理工学院.原稿由大卫L。钱德勒。注意:内容可以根据样式和长度进行编辑。


日记帐引用以下内容:

  1. 笪彪柳安娜·塔拉卡诺娃,克莱尔C。Hsu余淼郑世民,余龙腾,刘婕玉明河d.J邓斯坦和马库斯J.Buehler。蜘蛛丝作为湿度驱动的扭转执行机构.科学进展,请2019年DOI:10.1126/sciadv.aau9183号

引用这一页以下内容:

麻省理工学院。“蜘蛛丝可以用作机器人肌肉:超强韧材料的特殊特性可以用于扭曲或拉伸运动。”《科学日报》报道。betway必威安卓betway必威安卓科学日报,2019年3月1日。 .
麻省理工学院。(2019年,3月1日)。蜘蛛丝可以用来做机器人肌肉:超强力材料的特殊特性可以用于扭转或拉伸运动。 betway必威安卓.3月3日检索,2019摘自www.sciebetway必威安卓ncedaily.com/releases/2019/03/190301160907.htm
麻省理工学院。“蜘蛛丝可以用作机器人肌肉:超强韧材料的特殊特性可以用于扭曲或拉伸运动。”《科学日报》报道。betway必威安卓www.betway必威安卓sciencedaily.com/releases/2019/03/190301160907.htm(3月3日访问)2019)。

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