在自然界里,肌肉借由肌肉纤维的收缩产生力量,让动物可以做出奔跑、跳跃、摄食等各样动作;那么工业界的“人造肌肉”呢?麻省理工学院,已具备工业量产的条件。
该研究由Mehmet Kanik、Sirma Orguc联合其他9人共同完成,并刊登在《Science》期刊上。
运用热涨冷缩原理,MIT科学家打造人造肌肉
人造肌肉的原理,就是日常生活常见的“热涨冷缩”。热涨冷缩广泛应用在机械与工业设备上,例如双金属片开关,将两片热膨胀系数不同的金属片焊接在一起,当温度提升时,由于两个金属的膨胀程度不同,就会产生弯曲,达到控制的效果。电锅的自动断电、无熔丝开关都是双金属片的热涨冷缩原理。
人造肌肉也是一样。MIT团队在实验中采用HDPE和COCe聚合物,将它们黏成一个纤维,温度上升,该纤维就会弯曲;MIT团队将纤维卷成类似弹簧的结构,当纤维弯曲时,结构就会缩紧,产生拉力。
人造肌肉力量大,可以举起自身重量650倍的物品
不同于传统的皮带、轮轴、液压、气动等力学传动模式,让人造肌肉动作的要素是“温度”,而Mehmet团队的人造肌肉纤维,温度只要稍微变化就会有明显的收缩反应,产生强大拉力。根据团队测试,单根纤维可以产生自身重量约650倍的拉力;实验也证实,若将纤维捆绑,可以进一步增加拉力。
若要应用在工业上,耐久性是重要条件。为了测试耐久性,Mehmet将纤维组装成类似肱二头肌的手臂,让它“举哑铃”。经过测试,该纤维可以收放超过1万次,并维持收缩强度。
人造肌肉成本低廉,每米只要6美分
至于量产,Mehmet接受DeepTech采访时表示:“目前团队的纤维技术已十分成熟,聚合物的材料价格也很低廉,目前的人造肌肉纤维成本大约是每米6美分”,“我们已做好工业化规模量产的准备”。
对于未来的研究方向,Mehmet表示,目前是通过温度的变化刺激人造肌肉收缩,但希望可以扩展刺激机制,例如通过电、光、化学的方式刺激人造肌肉收缩,扩大该肌肉的应用。
目前该人造肌肉还在实验室阶段,尚未进入工业领域。或许产业界实际采用时,可能会发现实验团队没想过的问题,但也可能发现其他的应用方式。未来的工厂会不会是一堆“肌肉”在运行,值得我们想象。