ابداع شلیک کننده تار عنکبوت این بار با الهام از یک فیلم تخیلی 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، این دستگاه شلیک تار در حال حاضر متشکل از یک سوزن است که مایعی را پرتاب می‌کند که فورا به عنوان رشته‌ای که می‌تواند به اجسام بچسبد جامد می‌شود و به توسعه دهندگان آن در دانشگاه تافتس، اجازه می‌دهد تا آنها را بلند کنند.

این تار آزمایشگاهی «Silklab» نامیده شده است.

«فیورنزو اومنتو» مجری این تحقیقات از دانشگاه توفتس گفت: «ما به عنوان دانشمندان و مهندسان، مرز بین تخیل و آزمایش را طی می‌کنیم. اینجاست که همه جادو‌ها اتفاق می‌افتد. ما می‌توانیم نه تنها از طبیعت بلکه از کتاب‌های مصور و داستان‌های علمی تخیلی نیز الهام بگیریم.»

وی افزود: «در این مورد، می‌خواستیم مواد ابریشم خود را مهندسی معکوس کنیم تا رفتاری را انجام دهیم که ابتدا طبیعت آن را طراحی کردند و سپس و نویسندگان داستان‌های مصور آن را به تصویر کشیده اند.»

مدت‌های مدید قبل از سال ۱۹۶۲ که «پیتر پارکر» برای اولین بار مایع تار عنکبوتی خانگی خود را ساخت و در «فانتزی شگفت‌انگیز شماره ۱۵» به تار‌های شلیک شده از نوک انگشتانش متصل شود، طبیعت هنر تولید تارها، اتصالات و پیله‌ها را به کمال رسانده بود. حشرات و عنکبوتیان از جمله عنکبوت ها، مورچه ها، زنبورها، پروانه ها، سوسک‌ها و مگس‌ها می‌توانند در طول چرخه زندگی خود رشته‌ها و ساختار‌های ابریشمی تولید کنند. 

البته، این بیشتر مربوط به عنکبوت‌هایی است که تار‌های ابریشمی را به شکل تار‌های پیچیده می‌بافند تا غذا را به دام بیندازند، با شناور شدن روی رشته‌های بلند «پرواز» کنند و یا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. عنکبوت‌های نر حتی از ابریشم خود برای بسته بندی «هدیه» حشرات مرده برای تقدیم کردن به حشرات ماده استفاده می‌کنند.

با در نظر گرفتن نسبت استحکام به چگالی آن و مقایسه بر اساس اندازه به اندازه، تار‌های عنکبوت از فولاد قوی‌تر و در عین حال بسیار کشسان هستند و می‌توانند تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شوند. تارعنکبوت زیست تخریب پذیر و زیست سازگار با انسان است.

به دلیل استحکام سخت‌تر از کِولار، جای تعجب ندارد که بشر طیف متنوعی از کاربرد‌های فناورانه را برای تار عنکبوت پیشنهاد کرده است. این شامل لباس‌های ضد گلوله، نخ بخیه جراحی، طناب، توری، کمربند ایمنی، چتر نجات و حتی پوشش ضد زنگ برای قایق‌ها و اتومبیل‌ها می‌شود.

با این حال، محققان Silklab برای دستگاه‌های اولیه خود به تار عنکبوت روی نیاوردند. در عوض، آنها آزمایش ابریشم حاصل از پیله پروانه را انتخاب کردند. 

محققان این ابریشم را گرفتند و در محلولی جوشاندند تا پروتئین بلوک ساختمانی آن یعنی فیبروئین را استخراج کنند. سپس محلول حاصل را می‌توان از طریق یک سوزن ظریف مستقر کرد و هنگامی که به هوا برخورد کرد به صورت یک نخ جامد می‌شود. 

«مارکو لو پِرِستی» «Marco Lo Presti»، استادیار پژوهشی در تافتس می‌گوید: «من روی پروژه‌ای کار می‌کردم که با استفاده از فیبروئین ابریشم، چسب‌های بسیار قوی می‌ساختم. وقتی داشتم ظروف شیشه‌ای خود را با استون تمیز می‌کردم، متوجه شدم که ماده‌ای شبیه به تار در کف شیشه تشکیل شده است.»

دانشمندان Silklab در ابتدا دریافتند که وقتی محلول فیبروئین آنها در معرض حلال‌های آلی مانند اتانول و استون قرار می‌گیرد، در طی چند ساعت یک هیدروژل نیمه جامد تشکیل می‌دهد. سپس متوجه شدند افزودن دوپامین، پیام رسان شیمیایی هورمون «احساس خوب» که در تولید چسب‌ها نیز استفاده می‌شود، به این معنی است که محلول فیبروئین تقریبا بلافاصله در تماس با هوا جامد می‌شود.

این به این دلیل است که دوپامین آب را از ابریشم دور و درنتیجه تبدیل از مایع به جامد را تسریع می‌کند. دوپامین همچنین توسط بارناکل‌ها (نوعی سخت پوست دریایی) برای ایجاد الیافی استفاده می‌شود که امکان چسبیدن محکم به بدنه کشتی‌ها را فراهم می‌کند، بنابراین خاصیت چسبندگی را نیز به مخلوط اضافه می‌کند.

هنگامی که در معرض هوا قرار گرفت، این اختلاط سریع به این معنی بود که محلول به الیافی با مقاومت کششی و چسبندگی بالا تبدیل می‌شود. این گروه توانست اندازه سوراخ سوزن را تغییر دهد تا نخ‌هایی با ضخامت‌های متفاوت از حدود نیم میلیمتر تا یک دهم میلیمتر، تقریبا به ضخامت یک موی انسان، ایجاد کند.

محققان Silklab در زمان چرخاندن تار‌های خود در هوا، یک لایه اَسِتون اضافه کردند که محلول را در حین خروج از نوک سوزن می‌پوشاند و فرایند تبدیل به جامد را آغاز می‌کرد. این لایه استون سپس با حرکت نخ ابریشم تبخیر می‌شود و به این الیاف مصنوعی اجازه می‌دهد تا به هدف بچسبند.

دانشمندان استحکام کششی این محلول را تا ۲۰۰ برابر با کیتوزان، قند فیبری موجود در اسکلت سخت پوستان دریایی مانند خرچنگ، لوبستر و میگو، افزایش دادند. آنها همچنین با افزودن یک ضربه خور بورات، چسبندگی تار‌ها را حدود ۱۸ برابر افزایش دادند.

نتیجه دستگاهی بود که توانست یک تار چسبناک را که به یک جسم می‌چسبد شلیک کند و از آن برای بلند کردن وزنه‌ای تا ۸۰ برابر وزن خود وسیله استفاده شود.

 محققان Silklab این توانایی را در یک سری ماجراجویی در مقیاس کوچک، بالا بردن یک پیچ فولادی، بیرون کشیدن یک لوله آزمایش از آب، و بازیابی یک چاقوی جراحی که تا حدی در ماسه مدفون شده بود، تایید کردند. آنها همچنین توانستند از «شلیک تار» خود برای رسیدن یک بلوک چوبی در حدود فاصله ۱۲ سانتی متری استفاده کنند. 

این دانش پژوهان هنوز راه درازی در پیش دارد تا بتوانند به تسلطی که عنکبوت‌ها بر تار خود دارند را تکرار کنند. تار عنکبوت ابریشمی می‌توانند به طور طبیعی بچرخند و از الیاف ایجاد شده توسط این گروه بسیار انعطاف پذیرتر و همچنین حدود هزار برابر قوی‌تر از مشابه تار مصنوعی خود هستند.

اکنون این دانشمندان قصد دارند از نوآوری و تخیل خود برای بهبود دستگاه شلیک تار خود استفاده کرده و کاربرد‌های را برای این فناوری جدید بیابند. با این حال، هدف واقعی دانشمندان این است که توانایی چرخش تار «مرد عنکبوتی» را تکرار کنند.

مجریان این مطالعه می‌گویند: «اگر به طبیعت نگاه کنید، متوجه می‌شوید که عنکبوت‌ها نمی‌توانند تار خود را شلیک کنند. آنها معمولا این ابریشم را از غده خود خارج می‌کنند، به طور فیزیکی با یک سطح تماس می‌گیرند و خطوط را برای ساختن تار‌های خود می‌کشند. ما در حال نشان دادن راهی برای شلیک یک تار از یک دستگاه، سپس چسبیدن و برداشتن یک شی از راه دور هستیم. به جای ارائه این اثر به عنوان یک ماده زیست الهام، ما در واقع از ابرقهرمانان برای ارائه فناوری خود بهره‌مند شده ایم.»

نتایج این تحقیقات درنشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.