Araştırmacılar, kendi yapısına göre en güçlü malzemelerden biri olarak bilinen örümcek ağı ipeğinin, kumanda edilebilen yeni bir çeşit yapay kas geliştirilmesine olanak sağlayacak sıra dışı bir özelliğe sahip olduğunu ortaya çıkardı.
Araştırma ekibinin keşfettiği esnek lifler, nemdeki değişikliklere çok güçlü tepki veriyor. Esnek lifler, havada bulunan belirli bir bağıl nem seviyesinin üstünde bile, bir vanayı kontrol etmek gibi aniden büzülüp ve bükülme hareketleri için kumanda edilebilen gerekli kuvveti uygulayacak materyal olarak araştırılmakta olan diğer materyallerle rekabet edebilecek güçtedirler.
MIT’den İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölüm Başkanı Profesör Markus Buehler , doktora sonrası çalışmalarını yapan Anna Tarakanova ve MIT’de lisans öğrencisi Claire Hsu , Çin’in Wuhan kentindeki Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde doçent olan Dabiao Liu; ve diğer altı kişi tarafından yapılmakta olan araştırmaya ait bulgular Bilimsel Gelişmeler (Science Advances ) dergisinde yayınlandı.
Araştırmacılar yakın zaman önce, nemdeki değişikliklere tepki olarak aniden büzülebilen ve süper kasılma olarak adlandırılan ince liflerden meydana gelen örümcek ipeğini keşfettiler. Yeni bulgular, örümcek ipeğinin sadece ip gibi kasılma yapmakla kalmadığı , aynı zamanda bükülerek güçlü bir burkulma kuvveti sağladığı göstermektedir.
Buehler. “Bu yeni bir fenomen ” diyor . Liu , “Arkadaşlarım ve ben nemin örümcek ağı ipeği üzerindeki etkisini araştırmak isterken, bunu tesadüfen bulduk .Bunun için örümcek ipeğinden bir sarkaç yapıp ve içindeki bağıl nemi kontrol etmek için bir fanusa kapattık. İçerideki bağıl nemi yükselttikçe sarkaç dönmeye başladı. Bu beklentimizin dışında olan bir şeydi. Beni gerçekten çok şaşırttı. ”diyor. Ekip, insan saçı da dahil olmak üzere diğer bir çok materyali denedi ancak denedikleri diğerler materyallerde böyle büküm hareketleri gözlemlenmedi. Bunun üzerine Liu, bu fenomenin “yapay kaslar için kullanılabileceğini” hemen düşünmeye başladığını söyledi.
Buehle “, Bu sonuç , bazı sensör türlerini veya kontrol cihazlarını yönetmenin yeni bir yöntemi olarak, robot konusunda çalışanlar için oldukça ilginçti ,” diyor . “Nemi kontrol ederek hareketleri nasıl yönetebileceğiniz çok kesin.”
Örümcek ipeği zaten ağırlığına oranla olağanüstü güçlü oluşu, esnekliği ve sağlamlığı ile bilinmektedir. Dünyada birkaç bilimsel çalışma gurubu bunun protein tabanlı lifi olan sentetik halini üretmeye çalışmaktadırlar.
“Büküm hareketi için biyolojik olarak herhangi bir anlam ifade eden bir şey bulamadık” diyor Buehler. Fakat ekip bir çok laboratuvar çalışmalarının bir araya getirilmesinden ve moleküler bilgisayar modellemeleri çalışmalarından elde edilen sonuçlarla, büküm mekanizmasının nasıl çalıştığını tespit etti. Bu mekanizmanın, prolin adı verilen belirli bir protein yapı taşının açılıp kapanması esasına dayandığı da ortaya çıkmış oldu.
Tarakanova and Hsu tarafından çalışmaları devam eden bu temel mekanizmayı araştırmak , detaylı moleküler modelleme gerektirmektedir . Hsu , “İşbirliği yaptığımız diğer bilimsel araştırma guruplarının laboratuvar bulguları ile moleküler bir mekanizma bulmayı denedik ve gerçekten , prolin tabanlı ve ümit vadeden moleküler bir mekanizma bulduk ,” diye açıklıyor. Simülasyonlarda , bu özel prolin yapısı yerinde iken , bükülme her zaman gerçekleşti, fakat bu özel prolin yapısı yerinde olmadığında bükülme olmadı.
“Örümcek ağı ipeği protein tabanlı bir liftir ,”diye açıklıyor Liu . “ MaSp1 ve MaSp2 adlarında iki adet proteinden oluşmaktadır .” Doğal bir amino asit olan ve su molekülleri onunla etkileşime girdiğinde hidrojen bağlarını bozarak asimetrik bir şekilde dönmeye neden olan ve MaSp2’de bulunan prolin , bükme reaksiyonu için çok önemlidir. Dönüş yalnızca bir yöne gider ve yüzde 70 bağıl nem eşik değerinde gerçekleşir.
Buehler “Protein yerleşik bir dönme simetrisine sahiptir ve burulma kuvveti sayesinde bunu mümkün kılar , bu tamamen yeni bir tür malzeme .Şimdi , bu buluş gerçekleştirildi ve belki bunun yerine sentetik bir materyal üretilmesi gerekir ,” diyor ve “Belki bu şekilde hareket eden yeni bir polimer malzeme yapabiliriz” diye de ekliyor .
Connecticut Üniversitesi’nde profesör yardımcısı olan Tarakanova , “Nano ölçekte kesin olarak ayarlanabilir , nem gibi dış tetikleyicilere yanıt olarak burkulma davranışı sergilemeye duyarlı, ipek bazlı malzemeler tasarlamak için örümcek ipeğinin süper büzülmeye maruz kalmadaki benzersiz eğiliminden yararalanabiliriz . Neme dayalı yumuşak robotlar ve sensörlerden, akıllı tekstil malzemeleri ve yeşil enerji jeneratörlerine kadar çeşitli potansiyel uygulamalar mevcut,” diyor.
Diğer doğal malzemelerin de benzer özellikler sergilediği ortaya çıkabilir fakat henüz böyle bir şey fark edilmedi. Buehler , “ Bu tür büküm hareketi henüz araştırmadığımız diğer malzemelerde de bulunabilir ,olası yapay kaslara ek olarak bu çalışmanın bulguları ayrıca neme duyarlı hassas sensörlerin geliştirilmesine öncülük edebilir. ” diyor.
http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaau9183 internet sitesinde yayınlanmıştır.
Kaynak: https://www.bizsiziz.com/spider-silk-could-be-used-as-robotic-muscle/
Çeviri: İbrahim Özkaraca