นักวิจัยพบว่าใยแมงมุมมีความแข็งแรงมีคุณสมบัติในการบิดตัวได้เมื่อได้รับความชื้น และอาจนำมาทำกล้ามเนื้อเทียมในหุ่นยนต์ หรือ หัวขับได้ในอนาคต
เป็นที่รู้กันดีว่าใยแมงมุมเป็นวัสดุหนึ่งที่จัดว่าแข็งแรงที่สุด จากงานวิจัยพบว่า มันมีคุณสมบัติที่สามารถนำมาทำกล้ามเนื้อประดิษฐุ์หรือ หัวขับ ได้
เส้นใยที่ยืดหยุ่นนี้ทางทีมวิจัยค้นพบว่ามันตอบสนองได้ดีมากต่อความชื้นในอากาศ ซึ่งมันจะหดและบิดตัวอย่างรวดเร็ว และมีกำลังมากพอที่จะแข่งขันกับวัสดุตัวอื่นๆที่ได้ทำการสำรวจมาเช่นหัวขับ ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ทำหน้าที่เหมือนตัวควบคุมวาล์วหรือลิ้นปิดเปิด
การค้นพบดังกล่าวได้ถูกรายงานในวารสารความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ โดยศาสตราจารย์มาร์คัส บูห์เลอร์ หัวหน้าแผนกวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมซึ่งทำงานร่วมกับนักวิชาการอีกหลายคน
นักวิชาการได้เรียกคุณสมบัติของใยแมงมุมที่ค้นพบนี้ว่าเป็น สุดยอดของการหดตัว กล่าวคือ เส้นใยบางๆสามารถหดตัวได้ทันทีเพื่อตอบสนองต่อความชื้นที่เปลี่ยนแปลงไป สิ่งที่ค้นพบใหม่นี้คือเส้นใยไม่เพียงหดเท่านั้นแต่ยังบิดตัวไปพร้อมกันด้วย ทำให้เกิดแรงบิดที่รุนแรง บูห์เลอร์กล่าวว่า สิ่งนี้เองคือ “ปรากฎการณ์ใหม่”
หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า พวกเราค้นพบสิ่งนี้โดยบังเอิญ เนื่องจากเพื่อนร่วมงานและฉันต้องการที่จะศึกษาอิทธิพลของความชื้นที่มีต่อใยแมงมุม เพื่อการนี้เราจึงแขวนลูกตุ้มไว้ที่เส้นใยโดยควบคุมระดับความชื้นภายในห้อง เมื่อเราเพิ่มความชื้น ลูกตุ้มก็เริ่มหมุน ซึ่งมันเป็นเรื่องที่เกินความคาดหมายที่ทำให้ฉันตกใจมาก
ทีมงานได้ทดสอบกับวัสดุอื่น เช่นเส้นผมของมนุษย์แต่พบว่า ในวัสดุอื่นไม่มีการเคลื่อนไหวแบบบิดตัว แต่นักวิจัยกล่าวว่าเขาเริ่มคิดทันทีว่าปรากฎการณ์นี้อาจจะนำไปใช้ทำกล้ามเนื้อเทียมในหุ่นยนต์ได้
“สิ่งนี้อาจจะเป็นที่สนใจสำหรับคนที่สนใจเรื่องของหุ่นยนต์” จากการที่มันเป็นหนทางใหม่ในการควบคุมเซ็นเซอร์หรือเครื่องมือควบคุมบางประเภท บูห์เลอร์มีความเห็นว่า “มันจะแม่นยำมากเมื่อคุณสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวได้ด้วยการควบคุมความชื้น”
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าใยแมงมุมมีความแข็งแรงคงทนต่อน้ำหนัก ความยืดหยุ่น และความเหนียวเป็นพิเศษ มีทีมวิจัยจำนวนมากในโลกที่กำลังทำการเลียนแบบคุณสมบัติเหล่านี้ด้วยการสังเคราะห์เส้นใยจากโปรตีน
ในขณะที่เราไม่ทราบจุดประสงค์ของแรงบิดในใยแมงมุม นักวิจัยคิดว่า การหดตัวอย่างสุดยอดนี้เมื่อได้รับความชื้นอาจจะเป็นวิธีหนึ่งที่ทำให้เราแน่ใจว่าใยแมงมุมจะรัดแน่น ตอบสนองต่อน้ำค้างยามเช้า เป็นการป้องกันตัวมันเองไม่ให้ได้รับความเสียหาย โดยใยจะหดเพิ่มมากขึ้นตอบสนองต่อการสั่นสะเทือนเมื่อมีเหยื่อมาติด
บูห์เลอร์ กล่าวว่า เรายังไม่พบนัยสำคัญด้านชีวภาพในเรื่องการบิดตัวของใยแมงมุม แต่จากการผสมผสานกันของการทดลองในห้องแลปและจัดรูปแบบของโมเลกุลโดยใช้คอมพิวเตอร์ พวกเขาสามารถระบุได้ว่ากลไกการบิดตัวนั้นทำงานอย่างไร มันปรากฎให้เห็นว่ามันมีพื้นฐานอยู่บนการสร้างบล็อคของโปรตีนบางประเภทที่เรียกว่า โพรลีน
Tarakanova และ Hsu ได้ทำการตรวจสอบดูว่ากลไกสำคัญที่ว่านี้ต้องการรูปแบบโมเลกุลที่มีรายละเอียด “เราพยายามหากลไกของโมเลกุลซึ่งคณะทำงานค้นพบในห้องแลป แล้วเราก็พบกลไกทางโปรตีน” ซึ่งมีโพรลีนเป็นพื้นฐาน พวกเขาแสดงให้เห็นว่า ด้วยโครงสร้างเฉพาะของโพรลีน การบิดตัวจึงเกิดขึ้น แต่หากไม่มีสิ่งนี้ การบิดตัวจะไม่เกิดขึ้น
Liu หนึ่งในทีมวิจัยอธิบายว่า ใยแมงมุมคือเส้นใยโปรตีน ซึ่งประกอบไปด้วย 2 ตัวหลัก ที่เรียกว่า MaSp1 และ MaSp2 โพรลีนที่สำคัญต่อปฎิกริยาการบิดตัวถูกพบใน MaSp2 และเมื่อโมเลกุลของน้ำทำปฎิกริยากับมัน พวกมันจะเข้าไปขัดขวางพันธะไฮโดรเจนแบบสมมาตร ซึ่งทำให้เกิดการหมุนโดยการหมุนที่ว่านี้เกิดขึ้นไปในทิศทางเดียว และเกิดขึ้นได้เมื่อได้รับความชื้นสัมพัทธ์ 70 %
บูห์เลอร์กล่าวว่า “โปรตีนที่มีสัดส่วนสมมาตรนี้สามารถสร้างแรงบิดได้ ซึ่งมีความเป็นไปได้ว่าสิ่งที่ค้นพบใหม่นี้สามารถนำไปสร้างวัสดุสังเคราะห์โดยทำเลียนแบบ เขากล่าวว่า “บางทีเราอาจจะสามารถสร้างวัสดุโพลิเมอร์ใหม่ที่จะเลียนแบบพฤติกรรมของใยแมงมุม”
Tarakanova ซึ่งเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยคอนเนคติกัต กล่าวว่า “แนวโน้มที่มีลักษณะพิเศษของเส้นใยที่มีการหดตัว และบิดตัวสนองตอบต่อสิ่งเร้าหรือตัวกระตุ้นภายนอก เช่น ความชื้น สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการออกแบบวัสดุที่เป็นเส้นใยที่สามารถตอบสนองในนาโนสเกลได้อย่างแม่นยำ การจะนำไปใช้นั้นมีหลายทาง ตั้งแต่การทำตัวควบคุม และหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยความชื้น ไปจนถึงสิ่งทออัจฉริยะ และตัวผลิตพลังงานสะอาด”
มันอาจจะปรากฏผลด้วยว่าวัสดุธรรมชาติอื่นๆก็มีคุณสมบัตินี้ซึ่งถ้าเป็นเช่นนั้นจริงมันก็ยังไม่ได้ถูกค้นพบ ” การเคลื่อนไหวแบบบิดตัวนี้อาจจะปรากฏในวัสดุอื่นที่เรายังไม่เคยดู” นอกจากกล้ามเนื้อเทียมที่มีความเป็นไปได้นี้ ผลการทดลองยังนำไปสู่การควบคุมความชื้นที่แม่นยำด้วย
Source: www.sciencedaily.com
Massachusetts Institute of Technology