Otot Sintetis dari Sutra Laba-laba

Sutra laba-laba terkenal tangguh. Selain memiliki rasio kekuatan dan berat yang luar biasa, sutra laba-laba memiliki fleksibilitas dan ketangguhan.

Hal ini membuat tim peneliti dari Massachusetts Institute of Technology, Amerika Serikat, melirik kehebatannya. Mereka berpikir untuk menjadikannya otot buatan atau aktuator robot.

Ada sebabnya. Mereka menemukan sutra laba-laba berkontraksi dan memuntir dalam kelembapan. Temuan ini telah dilaporkan dalam jurnal Science Advances.

Dari penelitian tersebut, para peneliti menemukan sifat sutra laba-laba yang disebut superkontraksi. Serat-serat ramping itu tiba-tiba dapat menyusut sebagai respons terhadap perubahan kelembapan.

Temuan baru itu menunjukkan bahwa sutra ini bisa memutar pada saat yang sama sehingga memberikan kekuatan torsi yang kuat. "Ini fenomena baru," kata profesor MIT, Markus Buehler, Kepala Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan.

Seorang profesor di Universitas Sains dan Teknologi Huazhong di Wuhan, Cina, Dabiao Liu, mengatakan menemukan hal ini secara tidak sengaja. "Awalnya, kami ingin mempelajari pengaruh kelembapan terhadap sutra laba-laba," kata dia.

Mereka melakukan percobaan dengan membuat semacam pendulum di dalam sebuah ruangan khusus untuk mengontrol kelembapan relatif di dalamnya. "Ketika kelembapan ditingkatkan, bandul mulai berputar. Itu di luar dugaan kami," ujar Liu.

Mengenal Jaring Laba-laba

Penasaran terhadap fenomena itu, mereka menguji sejumlah bahan lain, termasuk rambut manusia. Hasilnya, tidak ada gerakan memutar seperti yang terjadi pada sutra laba-laba. "Kami mulai berpikir bahwa fenomena ini mungkin dapat digunakan untuk otot buatan," kata Liu.

Menurut Buehler, temuan ini tentu saja sangat menarik bagi komunitas robotika. "Temuan ini sangat berguna dalam mengontrol gerakan tersebut—dengan mengendalikan kelembapan,” katanya.

Para peneliti berpendapat gerakan memutar merupakan superkontraksi sebagai respons terhadap kelembapan. Mereka menduga respons ini merupakan cara laba-laba sutra menarik jaring dengan kuat sebagai tanggapan terhadap kelembapan di sekitarnya.

Gerakan ini juga diduga sebagai upaya perlindungan dari kerusakan dan memaksimalkan daya tanggapnya terhadap getaran. "Kami belum menemukan signifikansi biologis untuk gerakan memutar," ujar Buehler.

Namun, dengan mengkombinasikan percobaan laboratorium dan pemodelan molekuler oleh komputer, para peneliti dapat menentukan cara kerja mekanisme memutar tersebut. Berdasarkan lipatan jenis tertentu blok pembangun protein, muncul senyawa yang disebut prolin.

Anggota peneliti, Anna Tarakanova dan Claire Hsu dari MIT, mengatakan mekanisme itu memerlukan pemodelan molekul secara rinci.

"Kami mencoba menemukan mekanisme molekuler untuk apa yang ditemukan kolaborator kami di lab," kata Hsu. "Dan kami benar-benar menemukan mekanisme potensial berdasarkan prolin."

Mereka menemukan puntiran selalu terjadi dalam simulasi saat struktur prolin khusus ini ada di tempatnya. Sebaliknya, jika struktur prolin khusus tak ada, puntiran pun tak terjadi. "Dragline sutra laba-laba adalah serat protein," kata Liu.

Prolin, Liu melanjutkan, terbuat dari dua protein utama yang disebut MaSp1 dan MaSp2. "Prolin penting untuk reaksi putaran, yang ditemukan dalam MaSp2. Dan ketika molekul air berinteraksi dengannya, mereka merusak ikatan hidrogennya dengan cara asimetris yang menyebabkan perputaran."

Rotasi atau perputaran hanya berjalan dalam satu arah, dan itu terjadi pada ambang batas kelembapan relatif sekitar 70 persen. Kekuatan puntirnya memungkinkan munculnya kelas material yang sama sekali baru. "Protein memiliki simetri rotasi yang tertanam di dalamnya," kata Buehler.

Sekarang, karena properti tersebut telah ditemukan, tim menyarankan agar hal ini mungkin dapat direplikasi dalam bahan sintetis. "Mungkin kita bisa membuat bahan polimer baru yang akan meniru perilaku ini."

Menurut Tarakanova, gerakan memutar sebagai respons terhadap pemicu eksternal, seperti kelembapan, dapat dimanfaatkan untuk merancang bahan berbasis sutra responsif yang bisa secara tepat disetel pada skala nano.

"Aplikasi potensialnya beragam: dari robot dan sensor lunak yang digerakkan oleh kelembapan sampai tekstil pintar dan generator energi hijau," ujar dia.

Buehler menambahkan, mungkin juga ternyata bahan-bahan alami lain menunjukkan sifat seperti ini. "Gerakan memutar semacam ini mungkin ditemukan pada bahan lain yang belum kami lihat."

Selain untuk membuat otot buatan, mungkin temuan ini dapat menjadi petunjuk bagi sensor yang tepat untuk kelembapan.

SCIENCE DAILY | NEWS MIT | FIRMAN ATMAKUSUMA