Spiderman už nie je len fikciou. Nové zariadenie dokáže vystreľovať pavučiny podobne ako známy hrdina
Výskumníci vytvorili zariadenie, ktoré dokáže strieľať lepivý materiál podobný pavučine tak, ako to robil známy hrdina Spiderman.
Každý fanúšik komiksov určite pozná Spidermana. Z času na čas môžeme rozmýšľať, aké to asi je byť legendárnym pavúčím mužom a hojdať sa po mrakodrapoch New Yorku. Výskumníci z Tufts University vo svojom novom výskume vytvorili prvé umelé “pavučiny”, ktoré môžu vystreliť, okamžite spevnieť a dvíhať rôzne objekty.
Lepkavé vlákna získali vedci zo zámotkov priadky morušovej. Tie vyvarili v roztoku a rozložili ich na základné stavebné kamene. Tým získali proteín, ktorý sa volá fibroín. Roztok fibroínu môžu výskumníci následne vystreliť cez dutú ihlu a ak pridajú správne látky, získajú vlákno, ktoré spevnie, keď je vystavené vzduchu.
Umelá pavučina
Výskumníci vysvetľujú, že pavúky, mravce, osy, včely, motýle, nočné motýle a niektoré druhy chrobákov či dokonca muchy, dokážu vytvoriť v určitom bode ich životného cyklu pavučinu alebo materiál podobný pavučine. V rámci výskumu vedci zo Silklab s pomocou fibroínu vytvorili aj iné silné lepidlá. Tie fungujú napríklad aj pod vodou.
Aj napriek týmto pokrokom sa však výskum vedcov nepriblížil k prirodzenej schopnosti pavúkov, ktoré dokážu ovládať hrúbku, elasticitu a lepivé vlastnosti svojich pavučín. Autori novej štúdie to dokázali, no aj to úplnou náhodou.
“Pracovali sme na projekte, ktorý sa venoval výrobe extrémne silných lepidiel pomocou fibroínu. Čistil som sklenené nádoby acetónom, keď som si všimol, že sa na spodku nádob tvoril materiál podobný pavučine,” tvrdí Marco Lo Presti, jeden z autorov štúdie.
Tento náhodný objav následne viedol k výskumu, ktorý mal za cieľ napodobniť pavúčie vlákna. Ako autori štúdie vysvetľujú, roztoky fibroínu môžu pomaly vytvoriť polopevný hydrogél, keď sú vystavené organickým rozpúšťadlám, napríklad etanolu alebo acetónu. Tento proces ale trvá hodiny.
Neprehliadni
Keď ale výskumníci použili dopamín, ktorý sa bežne využíva pri výrobe lepidiel, všimli si, že spevnenie materiálu prebehlo takmer okamžite. Keď do toho rýchlo zamiešajú organické rozpúšťadlo, získajú vlákna, ktoré sú mimoriadne lepivé a majú veľkú pevnosť.
Inspired by Spider-Man, a Lab Recreates Web-Slinging Technology https://t.co/iIxlqD0l6H pic.twitter.com/V4JHNdP9VX
— Andrew Ducker (@andrewducker) October 11, 2024
Ako Spiderman
Ďalším krokom bolo vytvoriť vlákna vo vzduchu. Tu pridali do fibroínového roztoku dopamín. Ukázalo sa, že keď odoberú vodu z vlákna, proces premeny z tekutiny na pevnú látku sa ešte viac urýchli. Finálna verzia experimentu vyzerala nasledovne. Výskumníci vystrelili roztok cez tenkú ihlu. Fibroínový roztok bol obklopený vrstvou acetónu, čo odštartuje spevňovanie materiálu. Acetón sa vo vzduchu vyparí, pričom vlákno ostane prilepené k objektu, ktoré zasiahlo. Keď vedci pridali chytosan, odvodený od hmyzieho exoskeletu, získali vlákno s 200-násobnou pevnosťou a 18-násobnou lepivosťou.
Výskumníci vysvetľujú, že priemer “pavučín” sa môže líšiť od šírky ľudského vlasu až do pol milimetra, v závislosti od veľkosti ihly. Tento “pavučinomet” dokáže zdvihnúť až 80-krát ťažšie objekty a to za rôznych podmienok. Výskumníci dokázali pomocou tejto umelej pavučiny zdvihnúť oceľovú matku, skalpel čiastočne pochovaný v piesku a drevený blok zo vzdialenosti približne 12 centimetrov.
“Ak sa pozriete na pavúkov, všimnete si, že nedokážu svoje pavučiny strieľať. Zvyčajne tkajú svoje siete, ktoré najskôr pripájajú k určitému bodu a následne ťahajú líniu do druhého bodu. Naše zariadenie dokáže tieto pavučiny strieľať, zachytiť objekty a nakoniec ich aj zdvihnúť na diaľku. Preto radi hovoríme, že náš výskum nebol inšpirovaný prírodou, ale skôr superhrdinami,” hovorí Lo Presti.
Výskumníci dodávajú, že prirodzená pavučina je stále približne tisíckrát silnejšia ako toto umelé vlákno. Autori štúdie ale veria, že postupom času môžu ďalšie výskumy nájsť spôsob, ako toto vlákno ešte viac vylepšiť. Následne ho môžu použiť v celom rade rôznych aplikácií.
V rámci tejto štúdie chceli výskumníci vytvoriť novú verziu svojho materiálu spôsobom, ako to príroda navrhla a ako si tvorcovia komiksov predstavovali, že by mohla fungovať.
