新型人工肌肉收縮力達(dá)人體肌肉40倍

新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志刊登的研究顯示，美國(guó)、中國(guó)等國(guó)的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型人工肌肉，其平均收縮力是人體肌肉的40倍，且成本可控，易于大規(guī)模生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

纖維狀人工肌肉是一種面向未來智能機(jī)器人的機(jī)械能轉(zhuǎn)化材料，其原理是碳納米管等材料經(jīng)過被稱為“加捻”的多次扭轉(zhuǎn)過程后，在氣體、熱能或電化學(xué)能的驅(qū)動(dòng)下收縮或舒展，模擬出肌肉運(yùn)動(dòng)。

美國(guó)得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校、中國(guó)東華大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員在多種紡線外面裹上一層由聚合物構(gòu)成的活性殼層材料，從而不用激活全部紡線，只需激活殼層，即可利用殼層的體積變化，快速、有效地將輸入能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

論文第一作者、美國(guó)得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的穆九柯對(duì)新華社記者說，這種由殼層驅(qū)動(dòng)的人工肌肉很大程度上解決了先前人工肌肉的內(nèi)層材料耗費(fèi)較多輸入能源，能源轉(zhuǎn)換效率不高的缺點(diǎn)。

研究顯示，在電化學(xué)觸發(fā)條件下，一種由碳納米管與尼龍紗線等材料構(gòu)成的殼層驅(qū)動(dòng)人工肌肉的收縮力達(dá)人體肌肉的40倍，性能遠(yuǎn)超此前的一些人工肌肉。

研究人員還展示了以天然蠶絲、竹纖維紗線和靜電紡絲作為內(nèi)層材料的人工肌肉，它們同樣表現(xiàn)出良好的機(jī)械能轉(zhuǎn)化能力。論文通訊作者、得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校納米技術(shù)研究所主任雷·鮑曼指出，使用價(jià)格低廉的商業(yè)纖維取代價(jià)格昂貴的碳納米管，將使這種人工肌肉更容易應(yīng)用到機(jī)器人、智能衣物等方面。

在本次研究中，中國(guó)東華大學(xué)的朱美芳、王宏志等人基于殼層驅(qū)動(dòng)人工肌肉開發(fā)出一種智能織物，可在環(huán)境濕度較高時(shí)自動(dòng)提高其孔隙率，以此制成的智能衣物在穿著時(shí)會(huì)帶給人體更好的舒適度。

論文還展示了一種能夠感知外界葡萄糖含量并予以響應(yīng)的殼層驅(qū)動(dòng)人工肌肉，表明這種人工肌肉在藥物緩釋領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。