» » Ученые создали синтетическую структуру паутины

Ученые создали синтетическую структуру паутины

Паутина с давних времен известна своей удивительной структурой и особенным составом, прочность которого выше, чем у стали.

Благодаря исследованиям Массачусетского технологического института удалось узнать некоторые особенности паутины, которые в дальнейшем помогут создать синтетический материал, способный по своим свойствам заменить натуральный шелк. Применив вычислительное моделирование и технический анализ, ученые разработали системный подход, который в 3D-модели дает представление о том, как пауки плетут свои паутины.

«Эта методика – первая в своем роде», — говорит профессор Маркус Бюллер, руководитель кафедры Массачусетского института по гражданско-экологической инженерии и ведущий автор статьи, которая сегодня появилась в «Nature Communication». «Таким образом мы собираемся расширить свои знания о функциях паутины».

Совмещение крупномасштабного моделирования и технологии 3D-печати микроэлементов позволили изучить и создать синтетическую структуру паутины. Знания, полученные в ходе исследований, помогут понять, как использовать прочность паутинной нити в различных целях и позволят ученым заняться созданием новых структур и соединений, которые будут устойчивыми к внешним повреждениям.

Эта статья была написана Бюллером совместно с исследователем ЦВЕ Чжао Цинем, профессором Гарвардского университета Дженифер Льюис и бывшим Гарвардским постдоком Бреттом Комптоном.
Ниже приведены полученные знания.

Исследования показали заметную связь между составом паутины и силой тяжести, то есть сам паук способен выпустить паутину такой прочности, чтобы удержать ею свою предполагаемую добычу.

Команда, делавшая экспериментальные опыты, использовала металлические конструкции в 3D-печати искусственной паутины и напрямую объединила их данные в одну модель.

«В итоге мы соединили физические и вычислительные исследования», — говорит Бюллер.

Также Маркус объяснил, что пауки используют определенное количество паутины, зависящее от размера добычи, чтобы захватить ее. Он и его коллеги надеются использовать эти знания на практике при создании устойчивого к разрушению материала меньшей плотности.

«Напечатанные на 3D-принтере модели открыли нам двери для изучения структуры мощности и уровня прочности материала – это достижение, которого нельзя было бы достичь, изучая лишь натуральную паутину», — говорит Льюис.

«Паутина – уникальный и интересный материал», — говорит она, — «Но, до настоящего времени она не была изучена до конца». Задачей Льюис было исследовать геометрически аспекты паутины с помощью материала с похожими свойствами, например, такого, как шелк.

Команда Бюллера использует пауков-кругопрядов, как пример для своих 3D-проектов. В каждом полученном образце они изучают диаметр плетения, тем самым сравнивая толщину однородных и неоднородных нитей.
В ходе работы стало понятно, что паутина, состоящая из плетений с одинаковым диаметром, довольно прочна при воздействии, скажем, силы попавшейся в нее мухи. Плетение же с разным диаметром может выдержать более мощную силу, например, ветер или дождь.

Сочетание компьютерного моделирования и 3D-печати позволят более продуктивно заниматься проектированием.

Льюис говорит, что теперь их команда планирует начать изучение воздействия контролируемой вибрации на динамические аспекты паутины. Это способно изменить нынешнее представление о материале и позволит оптимизировать многофункциональную структуру печати.

Добавить комментарий