蜘蛛絲對水分的奇怪反應特性有助於研發更好的人造肌肉

蜘蛛絲對水分的奇怪反應特性有助於研發更好的人造肌肉

蜘蛛絲被認為是大自然中最令人難以置信的材料之一,這已經不是什麼秘密。蜘蛛絲雖然輕盈有彈性,但在力學強度方面,蜘蛛絲纖維與高強合纖Kevlar等材料的強度相接近- 現在科學家發現了一種奇怪的新特性。由麻省理工學院領導的一個研究小組發現,當暴露在一定程度的濕度下時,蜘蛛絲會突然收縮和扭曲,這可能會使其在人造肌肉中發揮作用。

蜘蛛絲對水分的奇怪反應特性有助於研發更好的人造肌肉

雖然這兩個動作同時發生,但之前只知道萎縮。發現這種「超收縮」反應於水分而發生,據信這有助於使纖維在晨露中保持拉緊。畢竟,緊密的纖維可以更好地傳導振動,因此蜘蛛可以更好地「聽到晚餐鈴」。

但在研究這種對濕度的反應時,團隊發現,它不僅僅在縮小,而且還在扭曲。研究人員將蜘蛛絲的重量懸掛在一個臨時擺錘上,然後在室內加濕。令他們驚訝的是,一旦濕度達到某一點,擺錘開始旋轉。

蜘蛛絲對水分的奇怪反應特性有助於研發更好的人造肌肉

為了弄清楚這種扭曲是如何發生的,研究小組在實驗室檢查了蜘蛛絲並創建了其分子組成的電腦模型。研究人員發現造成這種現象的是一種叫做脯氨酸的氨基酸,它存在於一種叫做MaSp2的關鍵絲蛋白中。發現水分子以不均勻的方式破壞了一些氫鍵,從而開始旋轉運動。

該團隊還發現,旋轉只能向一個方向旋轉,並在相對濕度達到70%左右時開始。雖然科學家還不確定為什麼蜘蛛需要在潮濕時扭曲的纖維,但在機器人或其他設備中有很多有用的應用。

該研究的作者 Anna Tarakanova表示:「蜘蛛絲具有獨特的超收縮傾向,能夠響應濕度等外部觸發而表現出扭轉行為,可用於設計響應性材料,可在奈米尺度上進行精確調整。潛在的應用是多種多樣的:從濕度驅動的軟體機器人和感應器,到智慧紡織品和綠色能源發電機。」

該研究發表在《科學進展》雜誌上。

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