Sette silke til musikk

Pund for pund, edderkoppsilke er et av de sterkeste og mest spenstige materialene som er kjent. Men ny forskning fra MITs Markus Buehler og andre kan vise veien til enda bedre materialer for en rekke bruksområder - og et øre for musikk kan være en nøkkel til å lage disse syntetiske stoffene.





kunstig edderkoppsilke

Dette diagrammet viser molekylstrukturen til en versjon av kunstig edderkoppsilke som dannet sterke, godt sammenkoblede fibre. Musikalske komposisjoner basert på slike diagrammer avslører hvordan versjoner av silken er forskjellige.

Buehler, professor i sivil- og miljøteknikk, har slått seg sammen med en biomedisinsk ingeniør, en materialforsker, en matematiker og en musikkprofessor, blant andre, for å utvikle en ny tilnærming til å utvikle biologisk inspirerte molekyler. Vi prøver å nærme oss å lage materialer på en annen måte, forklarer Buehler, med utgangspunkt i byggesteinene - i dette tilfellet proteinmolekylene som danner strukturen til silke.

Buehlers tidligere forskning fastslo at fibre med en bestemt type hierarkisk struktur bidrar til å gi silke dens eksepsjonelle egenskaper. Molekyler danner krystaller eller uordnede aggregater, som igjen er satt sammen i bestemte sekvenser, og disse sekvensene i seg selv er ordnet på spesielle måter. For sitt første forsøk på å syntetisere et nytt materiale, valgte teamet å se på varianter av den grunnleggende strukturen.



Denne tilnærmingen, som begynte med detaljert datamodellering, førte til noen overraskende resultater. Noen arrangementer fungerte mye bedre enn andre som hadde virket like lovende. Dette lærte oss at det ikke er tilstrekkelig å vurdere egenskapene til proteinmolekylene alene, sier Buehler. Det er også nødvendig å tenke på hvordan de kan kombineres for å danne et godt sammenkoblet nettverk i større skala.

Teamet fant ut at en potensielt nyttig måte å tenke på disse egenskapene i større skala er å oversette dem til musikk. De forskjellige nivåene av silkes struktur, sier Buehler, er analoge med de hierarkiske elementene som utgjør en musikalsk komposisjon - individuelle noter satt sammen til takter, som igjen danner en melodi, og så videre. Teamet fikk hjelp av komponisten John McDonald, en professor i musikk ved Tufts, og MIT postdoc David Spivak, en matematiker som spesialiserer seg på kategoriteori. Sammen, ved å bruke analytiske verktøy avledet fra kategoriteori for å beskrive proteinstrukturene, fant teamet ut hvordan de kunne oversette detaljene i den kunstige silkens struktur til musikalske komposisjoner.

Forskjellene var ganske tydelige: sterke, men ubrukelige proteinmolekyler ble oversatt til musikk som var aggressiv og hard, sier Buehler, mens molekyler som dannet brukbare fibre resulterte i musikk som hørtes mye mykere og mer flytende ut.



Buehler håper at musikalske komposisjoner også kan brukes til å forutsi hvor godt nye variasjoner av materialet kan fungere.

gjemme seg