蜘蛛絲有望成為機(jī)器人肌肉的組成部分

根據(jù)3月1日在《科學(xué)進(jìn)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(huì)構(gòu)成人造肌肉和機(jī)器人執(zhí)行器的關(guān)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(qiáng)度重量比，柔韌性和回彈力而備受推崇，第一作者劉達(dá)標(biāo)，華中科技大學(xué)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(huì)觸發(fā)材料的扭曲運(yùn)動(dòng)。

“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(tuán)隊(duì)為了研究濕度對(duì)蜘蛛拉絲繩絲的影響，將絲線的重量懸吊成一個(gè)擺，并將該裝置封閉在一個(gè)濕度受控的室內(nèi)。

“當(dāng)我們?cè)黾訚穸葧r(shí)，擺錘開始旋轉(zhuǎn)，”劉說。“這超出了我們的預(yù)期。這真的讓我感到震驚。”

經(jīng)過分子建模訓(xùn)練的研究人員發(fā)現(xiàn)，扭曲運(yùn)動(dòng)是脯氨酸的結(jié)果，脯氨酸是蜘蛛絲的兩個(gè)主要蛋白質(zhì)之一，在MaSp2中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)構(gòu)件，當(dāng)暴露于水分子時(shí)會(huì)折疊和旋轉(zhuǎn)。水以不對(duì)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(zhuǎn)。

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(xué)院教授馬庫(kù)斯·布勒(Markus Buehler)稱這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為“新現(xiàn)象”。

他在新聞稿中說：“這對(duì)于機(jī)器人技術(shù)界可能非常有趣。” “如何通過控制濕度來(lái)控制這些運(yùn)動(dòng)非常精確。……也許我們可以制造出一種可以重復(fù)這種行為的新型聚合物材料。”

該小組在類似的實(shí)驗(yàn)中嘗試使用其他纖細(xì)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(dú)特的特性來(lái)應(yīng)對(duì)外部觸發(fā)因素(例如濕度)發(fā)生超收縮并表現(xiàn)出扭轉(zhuǎn)行為，從而設(shè)計(jì)出可以在納米級(jí)精確調(diào)整的響應(yīng)性絲綢基材料。” “潛在的應(yīng)用是多種多樣的，從濕度驅(qū)動(dòng)的軟機(jī)器人和傳感器到智能紡織品和綠色能源發(fā)生器。”