麻省理工学院最新研发一款人工肌肉!力量是人体的40倍

2019-07-17 10:20 来源: 我要评论0 字号:
【导读】 科学家模仿这种卷绕和牵引机制的方法生产收缩纤维,这种纤维可以用作制作机器人、假肢或其他机械及生物医学应用的“人造肌肉”

《科学》杂志官网近日最新发布了一份研究成果,来自麻省理工学院及多家大学的研究人员制作了一款“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。

麻省理工学院博士后Mehmet Kanik介绍,我们看到黄瓜等植物生长时会长出紧紧盘绕的卷须,这些卷须会寻找支撑物将植物向上拉,确保植物接收尽可能多的阳光。科学家模仿这种卷绕和牵引机制的方法生产收缩纤维,这种纤维可以用作制作机器人、假肢或其他机械及生物医学应用的“人造肌肉”。

人造肌肉本身不是一种新概念,包括液压系统、伺服马达、形状记忆金属和受刺激会做出反应的化学聚合物等等,但它们都有重量大或者反应时间长的局限性。相比之下,新的基于两周不同聚合物制作特殊纤维的人造肌肉系统重量非常轻,反应非常快。

研究人员分析,将两种热膨胀系数完全不同的两种材料结合在一起,一种是拉伸性非常强的环状聚合物,另一种是坚硬得多的热塑性聚乙烯,它们受热后膨胀长度不同。当拉伸到原长度的几倍时,它自然形成了紧密的线圈,就像黄瓜的卷须一样。当研究人员触摸它的时候,接下来带来更加令人惊讶的现象。

Kanik拿起卷曲的纤维,没想到双手的温度就足以让纤维卷曲更紧了。进一步研究发现,温度稍微升高就可以导致线圈收紧,并产生惊人的强大拉力。温度下降后,纤维就可以恢复到原来的长度。这种收缩和扩张的过程可以重复1万次,而且力道依旧强劲。科学家分析,由于实验条件很温和,1摄氏度的温度变化就可以使纤维收缩,因此纤维的力量可以保持很长时间。

这种复合纤维的尺寸范围很广,从几微米到几毫米等,可以很容易批量生产,最长可达数百米。测试表明,单根纤维能够提升高达自身重量650倍的载荷,并承受大于10倍的应变。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人工肌肉的收缩力达人体的40倍,性能远超此前的一些人工肌肉。

纤维被加热时的拉紧程度可以通过纤维的初始拉伸量“编程”,也就是说,这种材料可以根据特定的温度变化调整到所需的拉伸力。

再进一步的测试中,研究人员在纤维上涂上导电纳米网,这些网格可以用作传感器显示纤维所施加的精确张力。将来,这些纤维还可以通过加热元件,如光纤和电极等内部加热的方式激活肌肉的收缩。那么,这种纤维就可以在机械臂、机械腿以及假肢中用作制动器。

目前一些假肢的重量高达30磅,其中大部分重量来自于制动器,通常是气动或液压的。如果使用新材料的假肢,由于重量轻、响应时间快,将具有显著的优势,让生活更加方便。我们还可以在纤维中结合传感器,反馈受力的情况。这种带有闭环反馈机制的捆绑式肌肉纤维可以在机器人系统中得到应用,这些系统需要自动化和精确的控制。

纤维还可以用于微型生物医学设备,比如可进入动脉血管的医疗机器人,在几十毫秒或几秒中可以激活。

Kanik说,这种材料的可能性几乎是无限的,因为几乎任何两种热膨胀系数不同的材料都可以组合工作,留下非常广大的空间提供探索。就像打开了一扇门,又看到有更多的门等待我们去打开。

作者:暂无
编辑:胖胖
评论一下
评论 0人参与,0条评论
还没有评论,快来抢沙发吧!
最热评论
最新评论
已有0人参与,点击查看更多精彩评论
版权声明:凡本网注明来源为“时时彩开户”或“盐阜大众报”“盐城晚报”“东方生活报老爸老妈”各类新闻﹑信息和各种原创专题资料的版权,均为盐阜大 众报报业集团及作者或页面内声明的版权人所有。任何媒体、网站或个人未经本网书面授权不得转载、链接、转贴或以其他方式使用;已经通过本网书面授权的,在使用时必须注明上述来源。

关注我们

  • 微信

  • 客户端

推荐文章