211service.com
Sætter silke til musik
Pund for pund, edderkoppesilke er et af de stærkeste og mest modstandsdygtige materialer, man kender. Men ny forskning fra MITs Markus Buehler og andre kan vise vejen til endnu bedre materialer til en række forskellige anvendelser - og et øre for musik kan være en nøgle til at skabe disse syntetiske stoffer.
Dette diagram viser den molekylære struktur af en version af kunstig edderkoppesilke, der dannede stærke, godt forbundne fibre. Musikalske kompositioner baseret på sådanne diagrammer afslører, hvordan versioner af silken adskiller sig.
Buehler, professor i civil- og miljøteknik, er gået sammen med en biomedicinsk ingeniør, en materialeforsker, en matematiker og en musikprofessor, blandt andre for at udtænke en ny tilgang til udvikling af biologisk inspirerede molekyler. Vi forsøger at nærme os fremstilling af materialer på en anden måde, forklarer Buehler, ud fra byggestenene - i dette tilfælde proteinmolekylerne, der danner strukturen af silke.
Buehlers tidligere forskning fastslog, at fibre med en bestemt form for hierarkisk struktur er med til at give silke dens exceptionelle egenskaber. Molekyler danner krystaller eller uordnede aggregater, som igen er samlet i bestemte sekvenser, og disse sekvenser selv er arrangeret på særlige måder. For sit indledende forsøg på at syntetisere et nyt materiale, valgte holdet at se på variationer af den grundlæggende struktur.
Denne tilgang, der begyndte med detaljeret computermodellering, førte til nogle overraskende resultater. Nogle arrangementer fungerede meget bedre end andre, der havde virket lige så lovende. Dette lærte os, at det ikke er tilstrækkeligt at overveje egenskaberne af proteinmolekylerne alene, siger Buehler. Det er også nødvendigt at tænke over, hvordan de kan kombineres for at danne et godt forbundet netværk i større skala.
Holdet fandt ud af, at en potentielt nyttig måde at tænke på disse egenskaber i større skala er ved at oversætte dem til musik. De forskellige niveauer af silkes struktur, siger Buehler, er analoge med de hierarkiske elementer, der udgør en musikalsk komposition - individuelle toner samlet i takter, som igen danner en melodi, og så videre. Holdet fik hjælp fra komponisten John McDonald, en professor i musik ved Tufts, og MIT postdoc David Spivak, en matematiker med speciale i kategoriteori. Sammen ved hjælp af analytiske værktøjer afledt af kategoriteori til at beskrive proteinstrukturerne fandt teamet ud af, hvordan man kunne oversætte detaljerne i den kunstige silkes struktur til musikalske kompositioner.
Forskellene var ret tydelige: stærke, men ubrugelige proteinmolekyler blev oversat til musik, der var aggressiv og barsk, siger Buehler, mens molekyler, der dannede brugbare fibre, resulterede i musik, der lød meget blødere og mere flydende.
Buehler håber, at musikalske kompositioner også kan bruges til at forudsige, hvor godt nye variationer af materialet kan præstere.