不可思議的“人造肌肉”

棉花糖是一個(gè)不折不扣的科幻電影迷，類似《終結(jié)者》系列電影、《鋼鐵俠》等大片看過(guò)不少，所以一直很好奇，電影中那些“肌肉發(fā)達(dá)”的機(jī)器人是否有可能造出來(lái)？擁有人造肌肉的機(jī)器人能否替代人類完成一些“超級(jí)”任務(wù)呢？我們來(lái)一探究竟吧！

釣魚線變成了“肌肉”

一根細(xì)小的漁線也能制成強(qiáng)大的人造肌肉嗎？當(dāng)然了！2014年，美國(guó)德州大學(xué)達(dá)拉斯分校麥克德爾米德納米科技實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)、澳大利亞、韓國(guó)、加拿大和土耳其的科學(xué)家，將這個(gè)看似天方夜譚的設(shè)想變成了一項(xiàng)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(guò)高強(qiáng)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(shí)，特別是在電流和光照等因素的刺激下，聚合物纖維會(huì)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(dá)到50%。因?yàn)樗坏梢匝刂溟L(zhǎng)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(zhǎng)和收縮。

除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)科研人員介紹，如果將100根這樣的人造肌肉平整地?cái)[放在一起，足以提起0.8萬(wàn)噸的重物。

既然這種由小小的漁線和縫紉線連接而成的人造肌肉擁有這么強(qiáng)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(shí)，它可以為目前最先進(jìn)的機(jī)器人提供強(qiáng)健有力的外骨骼。這種肌肉獨(dú)有的收縮性又可以用來(lái)研制能隨著溫度變化其孔隙的舒適布料，也為未來(lái)制成可以自動(dòng)調(diào)溫的衣物提供了可能。

知識(shí)鏈接

最早研究

早在20世紀(jì)40年代，人類就已經(jīng)開始了對(duì)人造肌肉的研究。隨著近些年來(lái)科技的快速進(jìn)步，特別是特殊聚合體材料和智能材料的誕生，科學(xué)家對(duì)人造肌肉的研究也達(dá)到了一個(gè)新高度。

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(shí)具有燃料電池和肌肉功能的人造肌肉，不但可以存儲(chǔ)電能，還可以將肌肉的電極所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。此外，人造肌肉也可以成為機(jī)器人、海洋艦隊(duì)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(jī)器人的“充電電池”，為機(jī)器人的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供能源的補(bǔ)給。

人造肌肉外骨骼

人造肌肉外骨骼是一個(gè)呈“A”字形的鋁制結(jié)構(gòu)的機(jī)械裝置，其填充性腰帶和背帶安裝在臀部和肩部，延伸機(jī)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(diǎn)就是輕便，穿起來(lái)就像背起一個(gè)大型旅行背包一樣，背部還會(huì)隨著其相關(guān)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，感覺到一股動(dòng)力的傳送。

當(dāng)你看到動(dòng)畫片中一個(gè)個(gè)身穿鎧甲的超級(jí)戰(zhàn)士，是不是也想體驗(yàn)一下身披“戰(zhàn)衣”的感覺呢？日本東京理科大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的小林寬司，帶領(lǐng)著一批研究人員研制出了外骨骼機(jī)械裝置。

這是一種“充氣人造肌肉”，將空氣灌入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?yàn)檫@種充氣人造肌肉能釋放出近30千克的支撐力，所以當(dāng)我們穿上它后，并不會(huì)在行走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，搖身一變成為一名“超級(jí)大力士”，是不是很酷？

穿上它后，你不用擔(dān)心它會(huì)在行走中頻頻失控，因?yàn)樗目刂圃词悄M了人體自由移動(dòng)所編的程序。當(dāng)它在移動(dòng)時(shí)，使用者可以通過(guò)裝置上的傳感器，用語(yǔ)音對(duì)它的行進(jìn)速度進(jìn)行合理控制。

這種外骨骼機(jī)械裝置如果能在醫(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(lái)不少便利。

能行走的微型生物機(jī)器人

美國(guó)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(zhǎng)還不到1厘米的、可以行走的微型生物機(jī)器人。顧名思義，這款機(jī)器人在行走的時(shí)候主要依靠實(shí)驗(yàn)室培育的肌肉細(xì)胞所構(gòu)成的肌肉條來(lái)提供動(dòng)力。

那么，這款機(jī)器人是怎樣運(yùn)行的呢？這要?dú)w功于最炫酷的3D打印技術(shù)啦！設(shè)計(jì)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(lái)充當(dāng)機(jī)器人的脊骨。這個(gè)支架不但堅(jiān)固，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(jī)器人向前行走時(shí)，支架就充當(dāng)機(jī)器人的雙腳。而在機(jī)器人行走過(guò)程中，操作者可以通過(guò)調(diào)節(jié)電信號(hào)的頻率來(lái)控制機(jī)器人：調(diào)高電頻率的信號(hào)，機(jī)器人的運(yùn)行速度也會(huì)相應(yīng)加快。

“由細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的生物驅(qū)動(dòng)是任何生物機(jī)械體研發(fā)過(guò)程中必須具備的一項(xiàng)技術(shù)?！睂?duì)于這項(xiàng)生物機(jī)器人的研發(fā)前景，這個(gè)研究項(xiàng)目的主管——伊利諾伊大學(xué)生物工程學(xué)教授拉希德·巴沙爾說(shuō)，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(jī)械體的設(shè)計(jì)更加完美，并廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域，那我們就拭目以待吧！