神奇的人造肌肉

如果你是一個不折不扣的科幻電影迷，類似《鋼鐵俠》等大片一定看過了吧！不知你想過沒有，電影中那些“肌肉發(fā)達”的機器人是否有可能造出來？擁有人造肌肉的機器人能否替代人類完成一些不可思議的任務(wù)呢？現(xiàn)在，我們就來一探究竟。

漁線變“肌肉”

一根細小的漁線也能制成強大的人造肌肉嗎？不用懷疑了！日前，由美國德州大學(xué)達拉斯分校麥克德爾米德納米科技實驗室與中國、澳大利亞、韓國、加拿大和土耳其的科學(xué)家，將這個看似天方夜譚的設(shè)想變成了一項了不起的科研成果。

這種人造肌肉主要采用了一種與彈簧原理相近的雙螺旋結(jié)構(gòu)，并通過高強度的聚合物漁線和縫紉線卷曲、加捻而制成。在外界溫度產(chǎn)生變化時，特別是當(dāng)有電流和光照等因素的刺激下，聚合物纖維會在相互加捻的作用下形成一根旋轉(zhuǎn)的人造肌肉。

這種人造肌肉擁有很好的收縮功能，收縮率可以達到50%。因為它不但可以沿著其長度的方向卷曲收縮，還能以反方向卷曲的方式，隨著溫度的升高和降低完成伸長和收縮。

除了擁有令人驚嘆的收縮性能外，這款新型人造肌肉的力量也是很大的！它能提起的重量是人體肌肉的100倍。據(jù)相關(guān)科研人員介紹，如果將100根這樣的人造肌肉平整地擺放在一起，足可以提起0.8萬噸的重物。

既然這種小小的漁線和縫紉線連接而成的人造肌肉擁有這么強的耐重能力，你一定很好奇，它究竟可以用在什么地方呢？其實，它可以為目前最先進的機器人提供強健有力的外骨骼。這種肌肉獨有的收縮性又可以用來研制能隨著溫度變化其孔隙的舒適布料，也為未來制成可以自動調(diào)溫的衣物提供了可能。

最早研究

早在20世紀(jì)40年代，人類就已經(jīng)開始了對人造肌肉的研究。隨著近些年來科技的快速進步，特別是特殊聚合體材料和智能材料的誕生，科學(xué)家對人造肌肉的研究也邁向了一個新高度。

富有彈性

人造肌肉類似于人的肌肉纖維，富有彈性，并可以根據(jù)周圍環(huán)境的溫度伸縮變化。

用途

人造肌肉造福人類本身的作用不容小覷。由研究人員研制出的同時具有燃料電池和肌肉功能的人造肌肉，不但可以存儲電能，還可以將肌肉的電極所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為機械能。此外，人造肌肉也可以成為機器人、海洋艦隊等智能高科技產(chǎn)品的好幫手，尤其是人造肌肉還可以用作機器人的“充電電池”，為機器人的正常運轉(zhuǎn)提供能源的補給。

人造肌肉外骨骼

這款人造肌肉外骨骼是一個呈“A”字形的鋁制結(jié)構(gòu)的機械裝置，其填充性腰帶和背帶安裝在臀部和肩部，延伸機械部分位于大腿外側(cè)，能夠在肘部和肩部關(guān)節(jié)處自由旋轉(zhuǎn)。它最大的優(yōu)點就是輕便，穿起來就像背起一個大型旅行背包一樣，背部還會隨著其相關(guān)部件的運轉(zhuǎn)，感覺到一股動力的傳送。

當(dāng)你看到動畫片中一個個身穿鎧甲的超級戰(zhàn)士，是不是也想體驗一番身披“戰(zhàn)衣”的感覺呢？來自日本東京理科大學(xué)實驗室的小林寬司，帶領(lǐng)著一批研究人員研制出了一款外骨骼機械裝置。這是一種“充氣人造肌肉”，將空氣灌入到人造肌肉的橡膠囊里，能使人造肌肉隨著空氣的傳送自如地收縮。而因為這款充氣人造肌肉足以釋放出近30千克的支撐力，所以當(dāng)我們穿戴好后，并不會在行進中感覺到步履的沉重，反而在它的作用下可以輕易地舉起40千克的大米，搖身成為一名超級大力士。

穿上這款外骨骼機械裝置，你不用擔(dān)心它會在行進中頻頻失控。它的控制源是模擬了人體自由移動所編的程序。當(dāng)它在移動時，使用者可以通過裝置上的傳感器，用語音對它的行進快慢進行合理控制。

這款外骨骼機械裝置若能在醫(yī)療、健身等領(lǐng)域得以推廣和使用，將為老年人的晚年生活帶來不少便利。

能行走的微型生物機器人

美國科學(xué)家根據(jù)人造肌肉的結(jié)構(gòu)，研發(fā)出了一款身長還不到1厘米可以行走的微型生物機器人。顧名思義，這款機器人在行走的時候主要依靠實驗室培育的肌肉細胞所構(gòu)成的肌肉條來提供動力。

那么，這款機器人是怎樣運行的呢？這要歸功于3D打印技術(shù)。設(shè)計者在利用3D打印技術(shù)打印出的水凝膠中加入了支架，用來充當(dāng)機器人的脊骨。該支架除了堅固外，還具有一定的柔韌性，每一條肌肉被兩根支柱固定在支架上。當(dāng)機器人向前行進的時候，支架就充當(dāng)機器人的雙腳。而在機器人行走過程中，操作者可以通過調(diào)節(jié)電信號的頻率來對它進行控制：調(diào)高電頻率的信號，機器人的運行速度也會相應(yīng)加快。

“由細胞實現(xiàn)的生物驅(qū)動是任何生物機械體研發(fā)過程中必須具備的一項技術(shù)?！睂τ谶@項生物機器人的研發(fā)前景，該研究項目的主管——伊利諾伊大學(xué)生物工程學(xué)教授拉希德·巴沙爾表示，他們正在嘗試將工程學(xué)的原理與生物學(xué)更深入結(jié)合，以使生物機械體的設(shè)計更加完美，并廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域。