人工收缩力达人体肌肉40倍

健康界 2019/07/15 00:04

新一期美国《科学》杂志刊登的研究显示,美国、中国等国的研究人员组成的团队开发出一种新型人工肌肉,其平均收缩力是人体肌肉的40倍,且成本可控,易于大规模生产,应用前景广阔。

纤维状人工肌肉是一种面向未来智能机器人的机械能转化材料,其原理是碳纳米管等材料经过被称为“加捻”的多次扭转过程后,在气体、热能或电化学能的驱动下收缩或舒展,模拟出肌肉运动。

美国得克萨斯大学达拉斯分校、中国东华大学等机构的研究人员在多种纺线外面裹上一层由聚合物构成的活性壳层材料,从而不用激活全部纺线,只需激活壳层,即可利用壳层的体积变化,快速、有效地将输入能转化为机械能。

论文第一作者、美国得克萨斯大学达拉斯分校的穆九柯对新华社记者说,这种由壳层驱动的人工肌肉很大程度上解决了先前人工肌肉的内层材料耗费较多输入能源,能源转换效率不高的缺点。

研究显示,在电化学触发条件下,一种由碳纳米管与尼龙纱线等材料构成的壳层驱动人工肌肉的收缩力达人体肌肉的40倍,性能远超此前的一些人工肌肉。

研究人员还展示了以天然蚕丝、竹纤维纱线和静电纺丝作为内层材料的人工肌肉,它们同样表现出良好的机械能转化能力。论文通讯作者、得克萨斯大学达拉斯分校纳米技术研究所主任雷·鲍曼指出,使用价格低廉的商业纤维取代价格昂贵的碳纳米管,将使这种人工肌肉更容易应用到机器人、智能衣物等方面。

在本次研究中,中国东华大学的朱美芳、王宏志等人基于壳层驱动人工肌肉开发出一种智能织物,可在环境湿度较高时自动提高其孔隙率,以此制成的智能衣物在穿着时会带给人体更好的舒适度。

论文还展示了一种能够感知外界葡萄糖含量并予以响应的壳层驱动人工肌肉,表明这种人工肌肉在药物缓释领域具有应用潜力。

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