MIT 成功研製人造肌肉纖維,仿生機器人指日可待

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 27 日 0:00 | 分類 材料 , 機器人
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很多年裡,研究人員一直在嘗試創造出一種耐用、低成本的人造合成肌肉,但始終沒有成功。至今製造出的樣品要嘛太昂貴,無法量產(比如奈米碳管);要嘛太脆弱,能耗又太高(例如形狀記憶合金),以至於沒有多大實用價值。但就在近日,MIT 的一支研究團隊用尼龍纖維製造出了一種十分理想的、能滿足所有實用性要求的人造肌肉。



根據 23 日學術期刊 Advanced Materials發表的報告,這項技術的秘密在於纖維的形狀和加熱方式。尼龍纖維有一種很神奇的特性,當你對它們加熱的時候,他們會收縮長度,並且增大直徑。這使得尼龍纖維成為進行直線運動的理想材料,比如豎直地提起什麼東西。但是讓尼龍纖維在收縮的同時進行彎曲就不是那麼簡單了。

傳統的方法裡,讓尼龍彎曲需要用到滑輪裝置。這增加了系統的重量、複雜度和成本──它們恰恰是是量產新技術最需要減少的 3 個東西。

MIT 團隊找到了一種很巧妙的方法繞過這個難題。該團隊使用的是普通的尼龍絲。他們先對它壓縮處理,把圓形的橫截面改為矩形。接著,他們只對纖維的一側進行加熱。這樣一來,加熱這一側比未加熱一側收縮得更快,強迫尼龍纖維向受熱一側彎曲。而加熱源可以是任何東西,包括電阻發熱,化學反應發熱和雷射發熱。這些尼龍纖維出乎意料的非常結實耐用,可以經受 10 萬個使用周期,並且可以在一秒內收縮 17 次。

下方 3 個是 MIT 研究人員對該纖維進行加熱彎曲測試的畫面,其中,第 3 幅動圖中,研究者採用雷射照射的方式為纖維一側加熱。

雷鋒網配圖
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這一項人造肌肉的突破性進展,在工業和商業領域有廣泛的潛在應用。例如可以按照你的體型自動收縮,極度合身的「智慧衣服」,以後買衣服再也不用擔心尺寸合不合適。這些纖維還可以被用到汽車、飛機上。還記得今年早些時候 BMW 推出的概念車 BMW Gina concept 嗎?這輛夢幻跑車的車身,覆蓋了一層可調節、可擴展的纖維材料做成的「衣服」。有了這種纖維,汽車的外殼可以在高速行駛時受風力而自動改變形狀,最大限度地減小了風阻。

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▲ BMW Gina concept

這項技術還可以被應用到自動調節導尿管來打胰島素。有朝一日,我們甚至會看到這種尼龍纖維應用在仿生機器人上,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化有多遠。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:shutterstock) 

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