MIT成功研制人造肌肉纖維 仿生機(jī)器人已在路上

很多年里，研究人員一直在嘗試創(chuàng)造出一種耐用、低成本的人造合成肌肉，但始終沒有成功。至今制造出的樣品要么太昂貴，無法量產(chǎn)(比如碳納米管);要么太脆弱，能耗又太高(說的就是你，形狀記憶合金)，以至于沒有多大實(shí)用價(jià)值。但就在近日， MIT 的一支研究團(tuán)隊(duì)用尼龍纖維制造出了一種十分理想的、能滿足所有實(shí)用性要求的人造肌肉。根據(jù)昨天學(xué)術(shù)期刊 Advanced Materials(“材料”)發(fā)表的報(bào)告，這項(xiàng)技術(shù)的秘密在于纖維的形狀和加熱方式。
  尼龍纖維有一種很神奇的特性，當(dāng)你對(duì)它們加熱的時(shí)候，他們會(huì)收縮長度，并且增大直徑。這使得尼龍纖維成為進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的理想材料，比如豎直地提起什么東西。但是讓尼龍纖維在收縮的同時(shí)進(jìn)行彎曲就不是那么簡單了。
  傳統(tǒng)的方法里，讓尼龍彎曲需要用到滑輪裝置。這增加了系統(tǒng)的重量、復(fù)雜度和成本——它們恰恰是是量產(chǎn)新技術(shù)需要減少的三個(gè)東西。
  MIT 團(tuán)隊(duì)找到了一種很巧妙的方法繞過這個(gè)難題。該團(tuán)隊(duì)使用的是普通的尼龍絲。他們先對(duì)它壓縮處理，把圓形的橫截面改為矩形。接著，他們只對(duì)纖維的一側(cè)進(jìn)行加熱。這樣一來，加熱這一側(cè)比未加熱一側(cè)收縮得更快，強(qiáng)迫尼龍纖維向受熱一側(cè)彎曲。而加熱源可以是任何東西，包括電阻發(fā)熱，化學(xué)反應(yīng)發(fā)熱和激光發(fā)熱。這些尼龍纖維出乎意料的非常結(jié)實(shí)耐用，可以經(jīng)受10萬個(gè)使用周期，并且可以在一秒內(nèi)收縮17次。
  下方是MIT研究人員對(duì)該纖維進(jìn)行加熱彎曲測(cè)試的畫面，其中，第二幅動(dòng)圖中，研究者采用激光照射的方式為纖維一側(cè)加熱。

  這一項(xiàng)人造肌肉的突破性進(jìn)展，在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域有廣泛的潛在應(yīng)用。例如可以按照你的體型自動(dòng)收縮，極度合體的 “智能衣服”，以后買衣服再也不用擔(dān)心尺寸合不合適。這些纖維還可以被用到汽車、飛機(jī)上。還記得今年早些時(shí)候?qū)汃R推出的吉娜概念車嗎？這輛夢(mèng)幻跑車的車身，覆蓋了一層可調(diào)節(jié)、可擴(kuò)展的纖維材料做成的“衣服”。有了這種纖維，汽車的“外衣”(外殼)可以在高速行駛時(shí)受風(fēng)力而自動(dòng)改變形狀，大限度地減小了風(fēng)阻。

  寶馬吉娜GINA概念車
  這項(xiàng)技術(shù)還可以被應(yīng)用到自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)尿管來打胰島素。有朝一日，我們甚至?xí)吹竭@種尼龍纖維應(yīng)用在仿生機(jī)器人上，成為它們的肌肉。遺憾的是，目前還不得而知這種人造纖維離市場(chǎng)化有多遠(yuǎn)。