麻省理工學(xué)院（MIT）的科研人員在為機器人開發(fā)新型人造肌肉的時候，從我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見的一種植物中得到啟發(fā)，從而大大增強了人造肌肉的韌性，只要稍微加熱十幾度，就能自由伸縮，進而拉動自重650倍的物體。這種植物就是黃瓜。自然MIT科研人員并非對常見于三明治和沙拉中的黃瓜感興趣，而是纏繞在黃瓜果實上的緊密盤繞的卷須，它通過螺旋狀的拉伸能夠承受黃瓜生長的重量。
人造肌肉并非是什么新鮮的概念。它能夠讓機器人、假肢和其他設(shè)備更輕、響應(yīng)更快、效率更高，這意味著工程師們已經(jīng)試圖遠離馬達，齒輪和滑輪，轉(zhuǎn)而采用與生物體更相似的東西。
為此近年來微型液壓系統(tǒng)，形狀記憶合金，伺服機構(gòu)，氣動和聚合物等領(lǐng)域得到了井噴式發(fā)生，但是這種東西往往更重、更慢，并且不像人們希望的那樣強烈和敏感。
因此，一支由麻省理工學(xué)院教授和研究生組成的團隊決定采用一種新技術(shù)，該技術(shù)使用由非?？衫斓沫h(huán)狀共聚物彈性體和更硬的熱塑性聚乙烯制成的拉伸纖維線圈。
這些聚合物對熱敏感，但在熱和冷的反應(yīng)中以不同的速率膨脹和收縮。原理與老式恒溫器，烤面包機或祖父鐘中的自校正擺件中的雙金屬條相同。簡而言之，當鋼絞線被加熱時，一側(cè)比另一側(cè)膨脹得更快并且彎曲。
這種新纖維由MIT博士后Mehmet Kanik和研究生SirmaÖrgüç等開發(fā)，與教授Polina Anikeeva，Yoel Fink，Anantha Chandrakasan和C.CemTa?an合作。
原理簡單，效果驚人：MIT人造纖維能舉起650倍于自身的重量。研究人員使用纖維拉伸技術(shù)將兩種不同的聚合物組合成單股纖維。該過程的關(guān)鍵是將兩種具有非常不同的熱膨脹系數(shù)的材料粘合在一起，這意味著它們在加熱時具有不同的膨脹率。
研究人員稱，這些基于纖維的致動結(jié)構(gòu)是可控的，由熱和光控制，可以舉起自身體重650倍的重量，并能承受>1000%的拉力。根據(jù)這一觀察，他發(fā)現(xiàn)，即使溫度只是稍稍升高，纖維也會收緊，產(chǎn)生驚人的強大拉力。然后，一旦溫度下降，纖維就恢復(fù)到原來的長度。在隨后的測試中，研究團隊表明，這種收縮和拉伸的過程可以重復(fù)10000次，而且強度不會減弱。
因此，未來這種材料完全可以用在機械臂、殘疾人的假肢等場景下。另外，研究人員還表示，在醫(yī)療場景中，這種材料也能用在微型醫(yī)學(xué)設(shè)備中，比如進入動脈做手術(shù)的醫(yī)療機器人等。最后，研究人員還說，由于它的原理是兩種材料的熱膨脹率不同，因此如果加以改進，嘗試不同的原料，就可以造出類似的許多種材料。
這項研究出版在最新的Science期刊中。
圖片來自于 MIT
