Seda de aranha, já conhecido como um dos materiais mais resistentes pelo seu peso, acabou por ter outra propriedade incomum que pode levar a novos tipos de músculos artificiais ou atuadores robóticos, pesquisadores descobriram.

As fibras resilientes, a equipe descobriu, respondem muito fortemente às mudanças na umidade. Acima de um certo nível de umidade relativa do ar, eles de repente se contraem e se torcem, exercer força suficiente para ser potencialmente competitivo com outros materiais que estão sendo explorados como atuadores - dispositivos que se movem para realizar alguma atividade, como controlar uma válvula.

As descobertas estão sendo relatadas hoje no jornal Avanços da Ciência , em um artigo do Professor Markus Buehler do MIT, chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, junto com a ex-pós-doutoranda Anna Tarakanova e a estudante de graduação Claire Hsu no MIT; Dabiao Liu, professor associado da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia em Wuhan, China; e seis outros.

Pesquisadores descobriram recentemente uma propriedade da seda de aranha chamada supercontração, em que as fibras delgadas podem encolher repentinamente em resposta às mudanças na umidade. A nova descoberta é que não apenas os fios se contraem, eles também se torcem ao mesmo tempo, fornecendo uma forte força de torção. "É um novo fenômeno, "Buehler diz.

"Descobrimos isso por acidente inicialmente, "Liu diz." Meus colegas e eu queríamos estudar a influência da umidade na seda do fio de aranha. "Para fazer isso, eles suspenderam um peso da seda para fazer uma espécie de pêndulo, e encerrado em uma câmara onde eles pudessem controlar a umidade relativa no interior. “Quando aumentamos a umidade, o pêndulo começou a girar. Estava fora de nossa expectativa. Isso realmente me chocou. "

A equipe testou vários outros materiais, incluindo cabelo humano, mas não encontraram tais movimentos de torção nos outros que tentaram. Mas Liu disse que começou a pensar imediatamente que esse fenômeno "pode ​​ser usado para músculos artificiais".

"Isso pode ser muito interessante para a comunidade de robótica, "Buehler diz, como uma nova maneira de controlar certos tipos de sensores ou dispositivos de controle. "É muito preciso como você pode controlar esses movimentos controlando a umidade."

A seda de aranha já é conhecida por sua excepcional relação peso-resistência, sua flexibilidade, e sua resistência, ou resiliência. Várias equipes em todo o mundo estão trabalhando para replicar essas propriedades em uma versão sintética da fibra à base de proteína.

Embora o objetivo desta força de torção, do ponto de vista da aranha, É desconhecido, pesquisadores acham que a supercontração em resposta à umidade pode ser uma maneira de garantir que uma teia seja esticada em resposta ao orvalho matinal, talvez protegendo-o de danos e maximizando sua capacidade de resposta à vibração para que a aranha sinta sua presa.

"Não encontramos nenhum significado biológico" para o movimento de torção, Buehler diz. Mas, por meio de uma combinação de experimentos de laboratório e modelagem molecular por computador, eles foram capazes de determinar como funciona o mecanismo de torção. Acontece que se baseia no enovelamento de um tipo particular de bloco de construção de proteína, chamada prolina.

A investigação desse mecanismo subjacente exigiu modelagem molecular detalhada, que foi realizado por Tarakanova e Hsu. "Tentamos encontrar um mecanismo molecular para o que nossos colaboradores estavam encontrando no laboratório, "Hsu explica." E nós realmente encontramos um mecanismo potencial, "com base na prolina. Eles mostraram que, com esta estrutura específica de prolina no lugar, a torção sempre ocorreu nas simulações, mas sem ele não havia torção.

"A seda do fio de aranha é uma fibra de proteína, "Liu explica." É feito de duas proteínas principais, chamado MaSp1 e MaSp2. "A prolina, crucial para a reação de torção, é encontrado no MaSp2, e quando as moléculas de água interagem com ela, elas rompem suas ligações de hidrogênio de uma forma assimétrica que causa a rotação. A rotação só vai em uma direção, e ocorre em um limite de cerca de 70 por cento de umidade relativa.

"A proteína tem uma simetria rotacional embutida, "Diz Buehler. E por meio de sua força de torção, torna possível "uma classe totalmente nova de materiais". Agora que esta propriedade foi encontrada, ele sugere, talvez possa ser replicado em um material sintético. "Talvez possamos fazer um novo material polimérico que reproduza esse comportamento, "Buehler diz.

"A propensão única do Silk de sofrer supercontração e exibir um comportamento de torção em resposta a gatilhos externos, como a umidade, pode ser explorada para projetar materiais à base de seda responsivos que podem ser precisamente ajustados em nanoescala, "diz Tarakanova, que agora é professor assistente na Universidade de Connecticut. "As aplicações potenciais são diversas:desde robôs macios movidos a umidade e sensores, para têxteis inteligentes e geradores de energia verde. "

Também pode acontecer que outros materiais naturais exibam esta propriedade, mas se for assim, isso não foi percebido. "Este tipo de movimento de torção pode ser encontrado em outros materiais que ainda não vimos, "Diz Buehler. Além dos possíveis músculos artificiais, a descoberta também pode levar a sensores precisos de umidade.