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

摘要： 蜘蛛絲被認為是大自然中最令人難以置信的材料之一，這已經不是什麼祕密。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溼度下時，蜘蛛絲會突然收縮和扭曲，這可能...

蜘蛛絲被認為是大自然中最令人難以置信的材料之一，這已經不是什麼祕密。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溼度下時，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。

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”響應於水分而發生，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”。

但在研究這種對溼度的反應時，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，然後在室內加溼。令他們驚訝的是，一旦溼度達到某一點，擺錘開始旋轉。

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建立了其分子組成的計算機模型。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，並在相對溼度達到70％左右時開始。雖然科學家還不確定為什麼蜘蛛需要在潮溼時扭曲的纖維，但在機器人或其他裝置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，能夠響應溼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：從溼度驅動的軟體機器人和感測器，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。