蜘蛛丝具有抵抗扭曲力的独特能力

上次您看到蜘蛛从一条丝绸线的天花板上掉下来时，它可能会在拉铲上优雅地下降，而不是不受控制地旋转，因为蜘蛛丝具有抵抗扭曲力的独特能力。

在本周发表在AIP出版的《应用物理快报》上的一篇新论文中，来自中国和英国的研究人员表明，与人类的头发，金属丝或合成纤维不同，蜘蛛丝在扭曲时会部分屈服。这种特性迅速消散了能量，否则能量将使兴奋的蜘蛛在其丝的末端旋转。

华中科技大学的刘达标说：“蜘蛛丝与其他传统材料有很大不同。”“我们发现来自网络的拉索几乎没有扭曲，因此我们想知道为什么。”

更好地了解蜘蛛丝如何抵抗纺丝会导致仿生纤维模仿这些特性，以用于多种潜在用途，例如在小提琴弦，直升机救援梯和降落伞绳中。伦敦女王玛丽大学的戴维·邓斯坦说：“如果我们了解蜘蛛丝是如何实现这一目标的，那么也许我们可以将这些特性纳入我们自己的合成绳中。”

蜘蛛使用拖丝为他们的材料的外轮缘和辐条，并作为生命线下降到地面时。这种材料因其令人难以置信的强度，拉伸性和导热能力而吸引了科学家的兴趣，但是很少有研究集中在其扭转特性上-即扭转的响应方式。

研究人员使用了扭摆(一种与亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)在1790年代称重地球的工具)上的方法，来研究两种金丝球织工中的拉力丝。他们从圈养的蜘蛛身上收集了丝线，并使用末端的两个垫圈将丝线悬挂在圆柱体内，以模仿蜘蛛。气缸分离自环境的干扰的丝，并保持绞合线以恒定的湿度，因为水可以使纤维收缩。旋转的转盘扭曲了丝绸，而高速相机记录了数百个周期的丝绸来回振荡。

与合成纤维和金属不同，蜘蛛丝在扭曲时会轻微变形，释放出超过75%的势能，并且振荡会迅速变慢。捻后，丝绸部分折断。

研究小组怀疑这种异常行为与丝绸的复杂物理结构有关，这种复杂的物理结构由皮肤内多个原纤维组成。每个原纤维在有组织的薄片中具有氨基酸的片段，而在非结构化的环状链中具有其他氨基酸。他们认为，扭转会导致片材像弹性体一样拉伸，并使连接链的氢键翘曲，从而像塑料一样变形。薄板可以恢复其原始形状，但链条仍会部分变形。摆线的变化随丝绸振动幅度的减小以及振动平衡点的移动而变化。

该小组将继续研究蜘蛛丝如何以这种方式对扭曲做出反应，并研究在扭曲过程中蜘蛛丝如何保持其刚度，湿度的影响以及空气在多大程度上有助于消散能量。邓斯坦说：“还需要做更多的工作。”“这条蜘蛛丝展现出一种我们根本不知道如何重现自我的属性，并且令人着迷。”

标签： 蜘蛛丝