Örümcek İpeği Robotik Kas Olarak Kullanılabilir
Araştırmacılar, en güçlü malzemelerden biri olarak bilinen örümcek ipliğinin, yeni tür yapay kaslarada veya robot aktüatörlerde kullanılabileceği sıra dışı bir özelliğe sahip olduğunu ortaya koyuyor.
Ekibin keşfettiği esnek lifler, nemdeki değişikliklere çok güçlü tepki veriyor. Havada belirli bir bağıl nem seviyesinin üzerinde, aniden büzülüryor ve bükülüryor.
Bu bulgular Science Advances dergisinde, MIT’den Profesör Markus Buehler (İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölüm Başkanı) ve daha önce MIT’deki eski postdok Anna Tarakanova ve lisans öğrencisi Claire Hsu’nin bir makalesinde; Çin’in Wuhan kentindeki Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde doçent olan Dabiao Liu; ve altı kişinin daha olduğu ekip tarafından yayınlandı.
Son zamanlarda araştırmacılar, ince liflerin nemdeki değişikliklere cevaben aniden büzüşebileceği süper kasılma adı verilen örümcek ipeğinin bir özelliğini keşfetti. Yeni bulgu bükülüyor ve güçlü bir burulma kuvveti sağlıyor. “Bu yeni bir fenomen” diyor Buehler.
Liu, “Bunu başlangıçta kazayla bulduk” diyor. “Meslektaşlarım ve ben nemin örümcek dragline ipeği üzerindeki etkisini incelemek istedik.” Bunu yapmak için, bir tür sarkaç yaparak ipek ile bir ağırlığı askıya aldılar ve içlerindeki bağıl nemi kontrol edebilecekleri bir odaya yerleştirdiler. “Nemi arttırdığımızda, sarkaç dönmeye başladı. Beklentimizin dışındaydı. Gerçekten beni şok etti.”
Ekip, insan saçı da dahil olmak üzere bir dizi başka malzemeyi test etti, ancak denediklerinde büküm hareketi yapmadı. Böylelikle Liu, bu olgunun “yapay kaslar için kullanılabileceğini” hemen düşünmeye başladığını söyledi.
Buehler, bazı sensör türlerini veya kontrol cihazlarını kontrol etmenin yeni bir yolu olarak “Bu robot topluluğu için çok ilginç olabilir” diyor. “Bu hareketleri nemi kontrol ederek kontrol edebileceği ortada.” diye ekliyor.
Örümcek ipeği, olağanüstü dayanım-ağırlık oranı, esnekliği ve tokluğu veya geri tepme gücü ile bilinir. Dünyanın dört bir yanındaki ekipler, bu özellikleri protein bazlı lifin sentetik bir versiyonunda çoğaltmak için çalışıyor.
Bu bükülme kuvvetinin amacı örümceğin bakış açısına göre bilinmemekle birlikte, araştırmacılar neme cevaben süper büzüşmenin, bir ağın sabah çiyine cevaben sıkıca çekildiğinden olabileceğini düşünüyorlar ve belki de bu ağın zarar görmesini engelliyor ve örümceğin avını algılaması için titreşime yanıt verme yeteneğini en üst düzeye çıkarmasını sağlıyor.
Buehler, “Büküm hareketi için“ biyolojik bir anlam bulamadık ”diyor. Neyse ki laboratuar deneyleri ve bilgisayar tarafından yapılan moleküler modelleme kombinasyonu sayesinde büküm mekanizmasının nasıl çalıştığını belirleyebildiler. Prolin adı verilen belirli bir protein yapı bloğunun katlanmasıyla büzülme meydana geliyor.
Altta yatan mekanizmanın Tarakanova ve Hsu tarafından yürütülen ayrıntılı moleküler modelleme gerektirmektedir. Hsu, “İşbirliğimizin laboratuarda bulduğu şey için moleküler bir mekanizma bulmaya çalıştık” diyor. Proline dayanan “Ve aslında potansiyel bir mekanizma bulduk”. Bu belirli prolin yapısı yerinde iken, bükümün her zaman simülasyonlarda gerçekleştiğini, ancak onsuz büküm olmadığını gösterdiler.
“Örümcek dragline ipeği bir protein lifidir” diye açıklıyor Liu. “MaSp1 ve MaSp2 olarak adlandırılan iki ana proteinden yapılmıştır.” Büküm reaksiyonu için çok önemli olan prolin, MaSp2 içinde bulunur ve su molekülleri onunla etkileşime girdiğinde, hidrojen bağlarını rotasyona neden olan asimetrik bir şekilde bozarlar. Dönüş sadece bir yöne gider ve yüzde 70 bağıl nem eşiğinde gerçekleşir.
Buehler, “Bu protein bir dönme simetrisine sahiptir” diyor. Ve burulma kuvveti sayesinde “tamamen yeni bir malzeme sınıfını” ortaya çıkarabilir. Şimdi bu özelliğin bulunduğuna göre, belki de sentetik bir malzemeyle kopyalanabileceğini öne sürüyor. Buehler, “Belki de bu davranışı çoğaltacak yeni bir polimer malzemesi yapabiliriz” diyor.
“İpeğin süper-büzülmeye maruz kalma ve nem gibi dış tetikleyicilere cevap olarak burulma davranışı sergileme eğilimi, nano ölçekte kesin olarak ayarlanabilen duyarlı ipek bazlı malzemeler tasarlamak için kullanılabilir” diyor. Connecticut Üniversitesi. “Potansiyel uygulamalar çeşitlilik gösterir: neme dayalı yumuşak robotlardan ve sensörlerden akıllı tekstillere ve yeşil enerji üreticilerine kadar çeşitli uygulaa alanları olabilir.”
Diğer doğal malzemelerin de bu özelliği sergilediği ortaya çıkabilir, ancak öyleyse bu fark daha edilmedi. Buehler, “Bu tür büküm hareketi, henüz bakmadığımız diğer malzemelerde bulunabilir” diyor. Olası yapay kaslara ek olarak, bulgu aynı zamanda nem için hassas sensörlerin ortaya çıkmasını sağlayabilir.
Kaynak: phys.org
