La seda de araña, ya conocida como uno de los materiales más fuertes por su peso, resulta tener otra propiedad inusual que podría conducir a nuevos tipos de músculos artificiales o actuadores robóticos, según descubrieron los investigadores.
El equipo descubrió que las fibras elásticas responden con mucha fuerza a los cambios de humedad. Por encima de cierto nivel de humedad relativa en el aire, de repente se contraen y retuercen, ejerciendo suficiente fuerza para ser potencialmente competitivos con otros materiales que se exploran como actuadores.- dispositivos que se mueven para realizar alguna actividad, como controlar una válvula.
Los hallazgos se informan hoy en la revista Avances científicos , en un documento del profesor del MIT Markus Buehler, jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, junto con la ex postdoctora Anna Tarakanova y la estudiante de pregrado Claire Hsu en el MIT; Dabiao Liu, profesor asociado de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong enWuhan, China; y otros seis.
Los investigadores descubrieron recientemente una propiedad de la seda de araña llamada supercontracción, en la que las fibras delgadas pueden encogerse repentinamente en respuesta a los cambios en la humedad. El nuevo hallazgo es que no solo los hilos se contraen, sino que también se retuercen al mismo tiempo, proporcionando unfuerte fuerza de torsión. "Es un fenómeno nuevo", dice Buehler.
"Encontramos esto por accidente inicialmente", dice Liu. "Mis colegas y yo queríamos estudiar la influencia de la humedad en la seda de draga de araña". Para hacerlo, suspendieron un peso de la seda para hacer una especie de péndulo,y lo encerró en una cámara donde podían controlar la humedad relativa en el interior ". Cuando aumentamos la humedad, el péndulo comenzó a girar. Estaba fuera de nuestras expectativas. Realmente me sorprendió".
El equipo probó una serie de otros materiales, incluido el cabello humano, pero no encontró tales movimientos de torsión en los otros que intentaron. Pero Liu dijo que comenzó a pensar de inmediato que este fenómeno "podría usarse para músculos artificiales".
"Esto podría ser muy interesante para la comunidad de robótica", dice Buehler, como una forma novedosa de controlar ciertos tipos de sensores o dispositivos de control. "Es muy preciso cómo puedes controlar estos movimientos controlando la humedad".
La seda de araña ya es conocida por su excepcional relación resistencia / peso, su flexibilidad y su dureza o resistencia. Varios equipos de todo el mundo están trabajando para replicar estas propiedades en una versión sintética de la fibra basada en proteínas.
Si bien se desconoce el propósito de esta fuerza de torsión, desde el punto de vista de la araña, los investigadores creen que la supercontracción en respuesta a la humedad puede ser una forma de asegurarse de que una red se tense en respuesta al rocío de la mañana, tal vez protegiéndola dedaño y maximizando su capacidad de respuesta a la vibración para que la araña sienta su presa.
"No hemos encontrado ningún significado biológico" para el movimiento de torsión, dice Buehler. Pero a través de una combinación de experimentos de laboratorio y modelado molecular por computadora, han podido determinar cómo funciona el mecanismo de torsión. Resulta serbasado en el plegamiento de un tipo particular de bloque de construcción de proteínas, llamado prolina.
Investigar ese mecanismo subyacente requirió un modelado molecular detallado, que fue realizado por Tarakanova y Hsu. "Tratamos de encontrar un mecanismo molecular para lo que nuestros colaboradores estaban encontrando en el laboratorio", explica Hsu. "Y en realidad encontramos un mecanismo potencial, "basado en la prolina. Mostraron que con esta estructura particular de prolina en su lugar, la torsión siempre ocurría en las simulaciones, pero sin ella no había torsión".
"La seda de draga de araña es una fibra de proteína", explica Liu. "Está hecha de dos proteínas principales, llamadas MaSp1 y MaSp2". La prolina, crucial para la reacción de torsión, se encuentra dentro de MaSp2, y cuando las moléculas de agua interactúan con ellainterrumpen sus enlaces de hidrógeno de una manera asimétrica que provoca la rotación. La rotación solo va en una dirección y tiene lugar en un umbral de aproximadamente 70 por ciento de humedad relativa.
"La proteína tiene una simetría rotacional incorporada", dice Buehler. Y a través de su fuerza de torsión, hace posible "una clase completamente nueva de materiales". Ahora que se ha encontrado esta propiedad, sugiere, tal vez se pueda replicaren un material sintético. "Tal vez podamos hacer un nuevo material polimérico que replicaría este comportamiento", dice Buehler.
"La propensión única de la seda a someterse a una supercontracción y exhibir un comportamiento torsional en respuesta a desencadenantes externos como la humedad puede explotarse para diseñar materiales receptivos basados en seda que puedan ajustarse con precisión a nanoescala", dice Tarakanova, quien ahora es asistenteprofesor de la Universidad de Connecticut. "Las aplicaciones potenciales son diversas: desde robots y sensores blandos impulsados por la humedad, hasta textiles inteligentes y generadores de energía verde"
También puede resultar que otros materiales naturales exhiban esta propiedad, pero si es así, esto no se ha notado. "Este tipo de movimiento de torsión se puede encontrar en otros materiales que aún no hemos visto", dice Buehler.Además de los posibles músculos artificiales, el hallazgo también podría conducir a sensores precisos de humedad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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