这个看起来很像电话线的「人造肌肉」能承受自身 650 倍重量

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当黄瓜生长时,它会长出一个紧密卷曲的卷须,找到向上拉伸黄瓜的支撑,这样黄瓜就可以获得更多的阳光来生长。

受此启发,麻省理工学院的研究人员发现了一种通过模仿黄瓜卷须的卷曲和拉伸来制造收缩纤维的方法。这种纤维可用于机器人,假肢或其他生物医学应用,是一种新型的“人造肌肉”。

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▲黄瓜卷须。图片由tOrange.biz提供

目前,在制造“人造肌肉”方面存在许多不同的尝试,包括液压系统,形状记忆金属,伺服电动机等,但它们都具有某些限制,例如重量过重或响应慢。相比之下,新的纤维材料不仅非常轻,而且响应速度也非常快,研究人员应该在《科学》(科学)杂志上发表这些研究结果。

这种新纤维是由MIT Mehmet Kanik和麻省理工学院研究生Sirma?rgü开发的。与其他九位研究人员一起。他们使用纤维拉伸技术将两种不同的聚合物组合成单根纤维。

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开发的关键是将具有非常不同的热膨胀系数的两种材料粘合到一根纤维中。两种聚合物中的一种是非常易拉伸的环烯烃共聚物弹性体,另一种是较硬的高密度聚乙烯。这意味着当加热时,膨胀更快的材料将被另一部分的较慢部分阻挡,这导致光纤向较慢侧弯曲。这种不对称的收缩将整个纤维拉成螺旋结构,同时提供非常大的拉力。

当Kanik拿起纤维时,手的温度立即使纤维卷曲。根据该观察结果,发现温度仅上升一点,纤维卷曲并收紧,产生强大的拉力。它们将恢复原始长度。

为了测试这种材料的耐久性,研究小组创造了一种类似于用手臂举哑铃的机械装置,并使用这种纤维在吊杆和臂之间伸展。该研究发现,经过重复10,000次循环后,这种材料的卷曲和拉伸过程仍然很强。

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件”下使用,并且温度可以在仅1摄氏度的微小间隔内降低。

当温度从22度升至36度时,光纤长度仅在4秒内减少到原来的一半。

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更重要的是,这种纤维可以应用于许多不同的尺度,从几毫米到几微米,并且可以很容易地生产到几百米。测试还表明,单根纤维可以承受650倍于自身重量的载荷。

此外,研究人员对纤维的温度和收缩进行了建模,并在获得初步算法后对纤维进行了编程,这将使人造肌纤维在未来得到更广泛的应用。

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目前,改进人造假体可能是这种人造肌纤维的用途之一。导电纳米线可以用作传感器,并且纤维也可以与诸如电极的内部加热元件叠加,从而不需要外部热源来驱动。这可以用作机器人或人造假肢或腿的致动器。

一些目前的人造假肢可以重达30磅并且通过气动或液压操作。切换到较轻重量的致动器当然将有益于使用这种装置的人的生活。此外,这种人造肌纤维还可以用于微小的生物医学装置,例如进入动脉激活医疗机器人等。

目前,这种材料已经可以批量生产,价格也很便宜。根据DeepTech的说法,这种光纤的成本约为每米6美分,相当于每美元4美分。但这应该是每根光纤的成本,知道场景中将使用多少叠加是另一回事。

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▲人造肌纤维。图片来自:Scientific American

Mehmet 件的方法,并通过改变纤维结构来对电,光和电化学做出反应。

这种材料的可能性几乎是无限的,因为几乎任何具有不同热膨胀系数的材料都可以组合在一起,留下了广阔的探索空间。就像打开一个窗口一样,你会看到一堆窗户等待打开。穆罕默德卡尼克说。

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