Seda de araña, ya conocido como uno de los materiales más resistentes por su peso, resulta tener otra propiedad inusual que podría conducir a nuevos tipos de músculos artificiales o actuadores robóticos, los investigadores han encontrado.

Las fibras elásticas, el equipo descubrió, responden con mucha fuerza a los cambios de humedad. Por encima de un cierto nivel de humedad relativa en el aire, de repente se contraen y se retuercen, ejerciendo suficiente fuerza para ser potencialmente competitivo 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 de la ciencia , en un artículo del profesor del MIT Markus Buehler, jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, junto con la ex postdoctoral 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 en Wuhan, Porcelana; y otros seis.

Los investigadores descubrieron recientemente una propiedad de la seda de araña llamada supercontracción, en el que las fibras delgadas pueden encogerse repentinamente en respuesta a cambios en la humedad. El nuevo hallazgo es que no solo los hilos se contraen, también se retuercen al mismo tiempo, proporcionando una fuerte 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 las dragalinas ". Para hacerlo, suspendieron un peso de la seda para hacer una especie de péndulo, y lo encerraron en una cámara donde pudieran controlar la humedad relativa del interior. "Cuando aumentamos la humedad, el péndulo empezó a girar. Estaba fuera de nuestras expectativas. Realmente me sorprendió ".

El equipo probó varios otros materiales, incluido el cabello humano, pero no encontraron tales movimientos de torsión en los otros que probaron. 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, "Buehler dice, como una forma novedosa de controlar ciertos tipos de sensores o dispositivos de control. "Es muy preciso en cómo se pueden 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 resiliencia. Varios equipos de todo el mundo están trabajando para replicar estas propiedades en una versión sintética de la fibra a base de proteínas.

Mientras que el propósito de esta fuerza de torsión, desde el punto de vista de la araña, es desconocido, Los investigadores creen que la supercontracción en respuesta a la humedad puede ser una forma de asegurarse de que una red se tensa en respuesta al rocío de la mañana. quizás protegiéndola de daños y maximizando su capacidad de respuesta a la vibración para que la araña sienta a su presa.

"No hemos encontrado ningún significado biológico" para el movimiento de torsión, Buehler dice. 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 estar basado 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 llevada a cabo por Tarakanova y Hsu. "Intentamos encontrar un mecanismo molecular para lo que nuestros colaboradores estaban encontrando en el laboratorio, "Explica Hsu." Y de hecho encontramos un mecanismo potencial, "basado en la prolina. Demostraron que con esta estructura particular de prolina en su lugar, la torsión siempre ocurrió en las simulaciones, pero sin él no habría torsión.

"La seda de la dragalina de araña es una fibra proteica, "Explica Liu." Está compuesto de dos proteínas principales, llamado MaSp1 y MaSp2. "La prolina, crucial para la reacción de torsión, se encuentra dentro de MaSp2, y cuando las moléculas de agua interactúan con él, rompen sus enlaces de hidrógeno de una manera asimétrica que provoca la rotación. La rotación solo va en una dirección, y tiene lugar a un umbral de alrededor del 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, él sugiere, tal vez se pueda replicar en un material sintético. "Tal vez podamos hacer un nuevo material polimérico que replicaría este comportamiento, "Dice Buehler.

"La propensión única de la seda a sufrir supercontracción y exhibir un comportamiento torsional en respuesta a factores externos como la humedad se puede aprovechar para diseñar materiales sensibles a base de seda que se pueden ajustar con precisión a nanoescala, "dice Tarakanova, quien ahora es profesor asistente en la Universidad de Connecticut. "Las aplicaciones potenciales son diversas:desde sensores y robots suaves impulsados ​​por la humedad, a los textiles inteligentes y los 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 examinado, "Dice Buehler. Además de los posibles músculos artificiales, el hallazgo también podría conducir a sensores precisos de humedad.