用于機(jī)器人肌肉驅(qū)動(dòng)的蜘蛛絲

麻省理工學(xué)院的研究人員觀察到蜘蛛絲的新反應(yīng)，使其非常適合機(jī)器人肌肉和執(zhí)行器的開發(fā)。蜘蛛絲已被公認(rèn)為人類已知的最強(qiáng)材料之一，與其輕質(zhì)相當(dāng)。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種質(zhì)量的材料 - 它的彈性纖維也具有使其非常適合作為新的機(jī)器人致動(dòng)器或肌肉的另一種潛在用途的特性。由麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系主任Markus Buehler領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了他所謂的“新現(xiàn)象”，其中蜘蛛絲的纖維隨著水分的變化而收縮，這被稱為超收縮。Buehler在麻省理工學(xué)院的新聞發(fā)布會(huì)上說，此外，線程不僅收縮，而且同時(shí)扭曲，這提供了強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)力。

人工智能長期以來一直是開發(fā)人員從事高性能計(jì)算和基于云的系統(tǒng)的工具。人工智能改變了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式，電子郵件掃描方式，甚至是我們與手機(jī)和設(shè)備交互的方式。雖然AI和機(jī)器學(xué)習(xí)總是感覺像是一個(gè)生活在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)之外的遙遠(yuǎn)工具，但機(jī)器學(xué)習(xí)正在基于微控制器的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上，它已經(jīng)存在!

研究合作者，大學(xué)副教授劉大彪說，研究人員在研究濕度對(duì)蜘蛛牽引絲的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)了這種特性，同時(shí)通過懸掛蠶絲的重量來制造鐘擺，然后將其封閉在內(nèi)部相對(duì)濕度受控的室內(nèi)。在華中科技大學(xué)。

“當(dāng)我們增加濕度時(shí)，鐘擺開始旋轉(zhuǎn)，”他說。“這超出了我們的期望。我真的很震驚。“研究人員測試了其他材料，包括人發(fā)，看他們是否對(duì)濕度有相同的反應(yīng)，但發(fā)現(xiàn)他們沒有發(fā)現(xiàn)類似的扭轉(zhuǎn)動(dòng)作，劉說。

對(duì)于為什么蜘蛛絲以這種方式做出反應(yīng)沒有明確的答案，該團(tuán)隊(duì)推測，對(duì)潮濕的超收縮可能是一種確保蜘蛛網(wǎng)被拉緊以響應(yīng)晨露以保護(hù)其免受損害的方法。研究人員表示，這也可能確保當(dāng)獵物被捕獲時(shí)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)不會(huì)受到影響。

Buehler表示，由于能夠控制濕度導(dǎo)致的收縮，該團(tuán)隊(duì)意識(shí)到材料及其新發(fā)現(xiàn)的特性可能“對(duì)于機(jī)器人社區(qū)來說非常有趣”。

因?yàn)?ldquo;通過控制濕度來控制這些運(yùn)動(dòng)非常精確”，材料及其功能可以用作控制某些傳感器或設(shè)備的新方法，他說。研究人員在“科學(xué)進(jìn)步”雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們發(fā)現(xiàn)的論文。

在進(jìn)一步研究他們觀察到的情況后，研究人員發(fā)現(xiàn)制造蜘蛛牽引絲的蛋白質(zhì)纖維有兩種類型的蛋白質(zhì) - MaSp1和MaSp2--可以解釋暴露在濕度下的運(yùn)動(dòng)。

水分子與脯氨酸相互作用，脯氨酸是MaSp3中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，以不對(duì)稱的方式破壞其氫鍵，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)。Buehler說，旋轉(zhuǎn)僅在一個(gè)方向上進(jìn)行，并且發(fā)生在相對(duì)濕度約為70%的閾值處。

“蛋白質(zhì)具有內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，”他說。Buehler補(bǔ)充說，通過它的扭轉(zhuǎn)力，它可以成為“一種全新的材料”，包括可能開發(fā)用于復(fù)制行為的潛在聚合物。

他們說，除了用于開發(fā)人工機(jī)器人肌肉或新型致動(dòng)器之外，研究人員相信他們的研究結(jié)果也可用于開發(fā)精確的濕度傳感器以及其他新發(fā)明。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。