211service.com
Ustawienie jedwabiu na muzykę
Jedwab pajęczy to jeden z najmocniejszych i najbardziej odpornych znanych materiałów. Ale nowe badania przeprowadzone przez Markusa Buehlera z MIT i innych mogą wskazać drogę do jeszcze lepszych materiałów do różnych zastosowań – a ucho do muzyki może być kluczem do stworzenia tych syntetycznych substancji.
Ten diagram pokazuje strukturę molekularną wersji sztucznego jedwabiu pajęczego, który utworzył silne, dobrze połączone włókna. Kompozycje muzyczne oparte na takich diagramach pokazują, jak różnią się wersje jedwabiu.
Buehler, profesor inżynierii lądowej i środowiskowej, połączył siły między innymi z inżynierem biomedycznym, materiałoznawcą, matematykiem i profesorem muzyki, aby opracować nowe podejście do opracowywania cząsteczek inspirowanych biologicznie. Próbujemy podejść do wytwarzania materiałów w inny sposób, wyjaśnia Buehler, zaczynając od elementów budulcowych – w tym przypadku cząsteczek białka, które tworzą strukturę jedwabiu.
Wcześniejsze badania Buehlera wykazały, że włókna o szczególnej strukturze hierarchicznej pomagają nadać jedwabowi wyjątkowe właściwości. Cząsteczki tworzą kryształy lub nieuporządkowane agregaty, które z kolei układają się w określone sekwencje, a same sekwencje układają się w określony sposób. W ramach początkowej próby syntezy nowego materiału zespół postanowił przyjrzeć się odmianom tej podstawowej struktury.
To podejście, które rozpoczęło się od szczegółowego modelowania komputerowego, przyniosło zaskakujące wyniki. Niektóre aranżacje działały znacznie lepiej niż inne, które wydawały się równie obiecujące. To nauczyło nas, że nie wystarczy wziąć pod uwagę właściwości samych cząsteczek białka, mówi Buehler. Należy również zastanowić się, w jaki sposób mogą się łączyć, tworząc dobrze połączoną sieć na większą skalę.
Zespół odkrył, że potencjalnie użytecznym sposobem myślenia o tych właściwościach na większą skalę jest przełożenie ich na muzykę. Różne poziomy struktury jedwabiu, mówi Buehler, są analogiczne do hierarchicznych elementów składających się na kompozycję muzyczną – poszczególne nuty złożone w takty, które z kolei tworzą melodię i tak dalej. Zespół pozyskał do pomocy kompozytora Johna McDonalda, profesora muzyki w Tufts, oraz Davida Spivaka z MIT, matematyka specjalizującego się w teorii kategorii. Wspólnie, używając narzędzi analitycznych wywodzących się z teorii kategorii do opisu struktur białkowych, zespół odkrył, jak przełożyć szczegóły struktury sztucznego jedwabiu na kompozycje muzyczne.
Różnice były dość wyraźne: silne, ale bezużyteczne cząsteczki białka przełożone na muzykę, która była agresywna i szorstka, mówi Buehler, podczas gdy cząsteczki tworzące użyteczne włókna dawały muzykę, która brzmiała znacznie bardziej miękko i płynniej.
Buehler ma nadzieję, że kompozycje muzyczne można również wykorzystać do przewidywania, jak dobrze nowe wariacje materiału mogą się sprawdzić.