Impostare la seta sulla musica

Libbra per libbra, la seta di ragno è uno dei materiali più resistenti e resistenti conosciuti. Ma una nuova ricerca di Markus Buehler del MIT e altri potrebbe indicare la strada a materiali ancora migliori per una varietà di applicazioni e un orecchio per la musica potrebbe essere la chiave per creare queste sostanze sintetiche.

Questo diagramma mostra la struttura molecolare di una versione di seta di ragno artificiale che formava fibre forti e ben collegate. Le composizioni musicali basate su tali diagrammi rivelano come differiscono le versioni della seta.

Buehler, un professore di ingegneria civile e ambientale, ha collaborato con un ingegnere biomedico, uno scienziato dei materiali, un matematico e un professore di musica, tra gli altri, per ideare un nuovo approccio allo sviluppo di molecole ispirate alla biologia. Stiamo cercando di avvicinarci alla realizzazione dei materiali in un modo diverso, spiega Buehler, partendo dai mattoni, in questo caso le molecole proteiche che formano la struttura della seta.

La precedente ricerca di Buehler ha determinato che le fibre con un particolare tipo di struttura gerarchica contribuiscono a conferire alla seta le sue proprietà eccezionali. Le molecole formano cristalli o aggregati disordinati, che a loro volta sono assemblati in particolari sequenze, e queste stesse sequenze sono disposte in modi particolari. Per il suo tentativo iniziale di sintetizzare un nuovo materiale, il team ha scelto di esaminare le variazioni su quella struttura di base.

Questo approccio, iniziato con una modellazione computerizzata dettagliata, ha portato ad alcuni risultati sorprendenti. Alcuni arrangiamenti hanno funzionato molto meglio di altri che erano sembrati ugualmente promettenti. Questo ci ha insegnato che non è sufficiente considerare le proprietà delle sole molecole proteiche, dice Buehler. È anche necessario pensare a come possono combinarsi per formare una rete ben collegata su scala più ampia.

Il team ha scoperto che un modo potenzialmente utile di pensare a queste proprietà su larga scala è tradurle in musica. I diversi livelli della struttura della seta, dice Buehler, sono analoghi agli elementi gerarchici che compongono una composizione musicale: singole note assemblate in misure, che a loro volta formano una melodia, e così via. Il team ha chiesto l'aiuto del compositore John McDonald, professore di musica alla Tufts, e del postdoc del MIT David Spivak, un matematico specializzato in teoria delle categorie. Insieme, utilizzando strumenti analitici derivati ​​dalla teoria delle categorie per descrivere le strutture proteiche, il team ha scoperto come tradurre i dettagli della struttura della seta artificiale in composizioni musicali.

Le differenze erano piuttosto evidenti: molecole proteiche forti ma inutili si traducevano in musica aggressiva e aspra, dice Buehler, mentre le molecole che formavano fibre utilizzabili producevano musica che suonava molto più morbida e fluida.

Buehler spera che le composizioni musicali possano essere utilizzate anche per prevedere l'efficacia delle nuove variazioni del materiale.

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