Les chercheurs ont découvert que la soie d’araignée, déjà connue comme l’un des matériaux les plus résistants pour son poids, possède une autre propriété inhabituelle qui pourrait conduire à de nouveaux types de muscles artificiels ou d’actionneurs robotiques.
L’équipe a découvert que les fibres résilientes réagissent très fortement aux changements d’humidité. Au-dessus d’un certain niveau d’humidité relative dans l’air, ils se contractent et se tordent soudainement, exerçant suffisamment de force pour être potentiellement compétitifs par rapport aux autres matériaux explorés en tant qu’actionneurs – des dispositifs qui se déplacent pour effectuer une activité telle que le contrôle d’une vanne.
Les résultats sont publiés dans la revue Science Advances , dans un article rédigé entre autres par le professeur Markus Buehler, chef du département de génie civil et environnemental, du MIT, aux côtés d’Anna Tarakanova, ancienne post-doctorante, et de Claire Hsu, étudiante au premier cycle au MIT, et Dabiao Liu, professeur associé à l’Université des sciences et technologies de Huazhong à Wuhan, en Chine .
Les chercheurs ont récemment découvert une propriété de la soie d’araignée appelée supercontraction, dans laquelle les fibres minces peuvent se contracter soudainement en réponse aux changements d’humidité. La nouvelle conclusion est que non seulement les fils se contractent, mais ils se tordent en même temps, fournissant une force de torsion importante. «C’est un nouveau phénomène», déclare Buehler.
«Nous avons trouvé cela par accident au début», dit Liu. “Mes collègues et moi voulions étudier l’influence de l’humidité sur la soie des draglines.” Pour ce faire, ils ont suspendu un poids à la soie pour en faire une sorte de pendule et l’ont enfermé dans une chambre où ils pouvaient contrôler l’humidité relative à l’intérieur. «Lorsque nous avons augmenté l’humidité, le pendule a commencé à tourner. C’était hors de nos attentes. Cela m’a vraiment choqué. ”
Les chercheurs ont pu décoder la structure moléculaire des deux protéines principales, représentées ici, qui composent la soie des draglines. L’un d’entre eux, MaSp2, contient de la proline, qui interagit avec les molécules d’eau pour produire le mouvement de torsion récemment découvert.
L’équipe a testé un certain nombre d’autres matériaux, y compris des cheveux, mais n’a pas trouvé de tels mouvements de torsion chez les autres. Mais Liu a dit qu’il avait immédiatement commencé à penser que ce phénomène “pourrait être utilisé pour les muscles artificiels”.
«Cela pourrait être très intéressant pour la communauté de la robotique», déclare Buehler, en tant que nouveau moyen de contrôler certains types de capteurs ou de dispositifs de contrôle. “Il est très précis dans la façon dont vous pouvez contrôler ces mouvements en contrôlant l’humidité.”
La soie d’araignée est déjà reconnue pour son rapport résistance / poids exceptionnel, sa souplesse et sa solidité. Un certain nombre d’équipes du monde entier s’efforcent de reproduire ces propriétés dans une version synthétique de la fibre à base de protéines. Du point de vue de l’araignée, le but de cette force de torsion est inconnu, mais les chercheurs pensent que la supercontraction en réponse à l’humidité peut être un moyen de s’assurer qu’une toile est serrée en réponse à la rosée du matin, peut-être en la protégeant des dommages et maximiser sa réactivité à la vibration pour que l’araignée puisse détecter sa proie.
Grâce à une combinaison d’expériences de laboratoire et de modélisation moléculaire par ordinateur, ils ont été en mesure de déterminer le fonctionnement du mécanisme de torsion. Il s’avère fondé sur le repliement d’un type particulier de bloc constitutif de protéines, appelé proline. L’étude de ce mécanisme sous-jacent a nécessité une modélisation moléculaire détaillée, réalisée par Tarakanova et Hsu.
“La protéine a une symétrie de rotation intégrée“, dit Buehler. Et grâce à sa force de torsion, il permet «une toute nouvelle classe de matériaux». Maintenant que cette propriété a été trouvée, suggère-t-il, elle peut peut-être être reproduite dans un matériau synthétique. «Peut-être pourrions-nous fabriquer un nouveau matériau polymère qui reproduirait ce comportement», déclare Buehler.
En plus des muscles artificiels possibles, les résultats pourraient également conduire à des capteurs précis d’humidité par exemple.
Le travail comprenait des collaborateurs de l’Université des sciences et technologies de Huazhong et de l’Université du Hubei, toutes deux situées à Wuhan, en Chine, et de l’Université Queen Mary à Londres. Il a bénéficié du soutien de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, de la Fondation nationale des sciences de la province du Hubei, du programme de parrainage des jeunes scientifiques de haut niveau par la CAST, des instituts nationaux de la santé, du programme Opportunités de recherche de premier cycle du MIT et de l’Office de la recherche navale.
Source: http://news.mit.edu -01/03/19