Mettre Silk en musique

Livre pour livre, la soie d'araignée est l'un des matériaux les plus solides et les plus résistants connus. Mais de nouvelles recherches menées par Markus Buehler du MIT et d'autres pourraient ouvrir la voie à des matériaux encore meilleurs pour une variété d'applications - et une oreille pour la musique pourrait être la clé de la création de ces substances synthétiques.

Ce diagramme montre la structure moléculaire d'une version de soie d'araignée artificielle qui a formé des fibres solides et bien liées. Les compositions musicales basées sur de tels diagrammes révèlent comment les versions de la soie diffèrent.

Buehler, professeur de génie civil et environnemental, s'est associé à un ingénieur biomédical, un scientifique des matériaux, un mathématicien et un professeur de musique, entre autres, pour concevoir une nouvelle approche du développement de molécules d'inspiration biologique. Nous essayons d'aborder la fabrication des matériaux d'une manière différente, explique Buehler, en partant des éléments constitutifs - dans ce cas, les molécules de protéines qui forment la structure de la soie.

Les recherches précédentes de Buehler ont déterminé que les fibres avec un type particulier de structure hiérarchique contribuent à conférer à la soie ses propriétés exceptionnelles. Les molécules forment des cristaux ou des agrégats désordonnés, qui sont à leur tour assemblés en séquences particulières, et ces séquences elles-mêmes sont agencées de manières particulières. Pour sa première tentative de synthèse d'un nouveau matériau, l'équipe a choisi d'examiner les variations de cette structure de base.

Cette approche, qui a commencé par une modélisation informatique détaillée, a conduit à des résultats surprenants. Certains arrangements fonctionnaient beaucoup mieux que d'autres qui semblaient tout aussi prometteurs. Cela nous a appris qu'il ne suffit pas de considérer les propriétés des molécules de protéines seules, dit Buehler. Il est également nécessaire de réfléchir à la manière dont ils peuvent se combiner pour former un réseau bien connecté à plus grande échelle.

L'équipe a découvert qu'une façon potentiellement utile de penser à ces propriétés à plus grande échelle est de les traduire en musique. Les différents niveaux de structure de la soie, dit Buehler, sont analogues aux éléments hiérarchiques qui composent une composition musicale - des notes individuelles assemblées en mesures, qui à leur tour forment une mélodie, et ainsi de suite. L'équipe a fait appel au compositeur John McDonald, professeur de musique à Tufts, et au postdoctorant du MIT David Spivak, un mathématicien spécialisé dans la théorie des catégories. Ensemble, en utilisant des outils analytiques dérivés de la théorie des catégories pour décrire les structures des protéines, l'équipe a découvert comment traduire les détails de la structure de la soie artificielle en compositions musicales.

Les différences étaient assez nettes : des molécules de protéines fortes mais inutiles se traduisaient par une musique agressive et dure, dit Buehler, tandis que les molécules qui formaient des fibres utilisables donnaient une musique qui sonnait beaucoup plus douce et plus fluide.

Buehler espère que les compositions musicales pourraient également être utilisées pour prédire à quel point les nouvelles variations du matériau pourraient fonctionner.

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