蜘蛛絲有望成為機器人肌肉的組成部分

根據(jù)3月1日在《科學進展》上發(fā)表的研究，蜘蛛絲的一種最新發(fā)現(xiàn)的特性稱為超收縮，有一天可能會構成人造肌肉和機器人執(zhí)行器的關鍵組成部分。

蜘蛛拉鏟絲是一種蛋白質(zhì)纖維，以其良好的強度重量比，柔韌性和回彈力而備受推崇，第一作者劉達標，華中科技大學副教授，及其同事在該雜志上寫道。我們知道蜘蛛絲具有超收縮性能，但是直到現(xiàn)在，還不知道這些性能是否還會觸發(fā)材料的扭曲運動。

“我們最初是偶然發(fā)現(xiàn)的，”劉在一份新聞稿中說。他說，他的團隊為了研究濕度對蜘蛛拉絲繩絲的影響，將絲線的重量懸吊成一個擺，并將該裝置封閉在一個濕度受控的室內(nèi)。

“當我們增加濕度時，擺錘開始旋轉，”劉說。“這超出了我們的預期。這真的讓我感到震驚。”

經(jīng)過分子建模訓練的研究人員發(fā)現(xiàn)，扭曲運動是脯氨酸的結果，脯氨酸是蜘蛛絲的兩個主要蛋白質(zhì)之一，在MaSp2中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)構件，當暴露于水分子時會折疊和旋轉。水以不對稱的方式破壞脯氨酸的氫鍵，使脯氨酸在大約70%的濕度下沿單一方向旋轉。

作者說，脯氨酸的收緊，收縮和扭曲過程稱為超收縮。麻省理工學院教授馬庫斯·布勒(Markus Buehler)稱這項發(fā)現(xiàn)為“新現(xiàn)象”。

他在新聞稿中說：“這對于機器人技術界可能非常有趣。” “如何通過控制濕度來控制這些運動非常精確。……也許我們可以制造出一種可以重復這種行為的新型聚合物材料。”

該小組在類似的實驗中嘗試使用其他纖細的纖維材料(例如人發(fā))，但沒有其他東西。Buehler說，研究小組的發(fā)現(xiàn)可能適用于人造肌肉，或有助于建立更精確的濕度傳感器。

另一位合著者Anna Tarakanova說：“可以利用絲綢獨特的特性來應對外部觸發(fā)因素(例如濕度)發(fā)生超收縮并表現(xiàn)出扭轉行為，從而設計出可以在納米級精確調(diào)整的響應性絲綢基材料。” “潛在的應用是多種多樣的，從濕度驅(qū)動的軟機器人和傳感器到智能紡織品和綠色能源發(fā)生器。”