MIT 開發新型人造肌肉纖維,每公尺成本僅 6 美分

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 19 日 10:11 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 生物科技 follow us in feedly


麻省理工(MIT)研究團隊在人造肌肉的研究上取得重大突破,透過黃瓜捲鬚給予的靈感,開發出一種非常輕巧的人造肌肉纖維,除了能夠快速回應刺激,單根纖維即可承受自身重量 650 倍的載荷,每公尺成本僅 6 美分(約台幣 2 元),十分有望在未來進入量產。

當黃瓜類植物生長時,它會發出花簇與捲鬚,尋找周遭的支撐物以便將植物向上拉,好確保了植物盡可能接收到陽光,這種捲繞和拉動機制讓 MIT 研究人員產生靈感,運用類似的結構創造出此種人造肌肉纖維。

與許多恆溫器使用的原理相同,團隊利用了熱漲冷縮的原理,將兩種具有不同熱膨脹係數的材料結合成一種纖維,當纖維因溫度變化膨脹時,兩種材料的互相牽制下便會自然形成一種緊密的結構,能夠產生相當強大的拉力,就像黃瓜的卷鬚一樣。

一旦溫度回落,纖維就會恢復到原來的長度,後續的測試顯示,這種收縮伸展的過程在重複 1 萬次仍舊能保持非常強勁,團隊認為,纖維能夠如此耐用是因為一切都在非常溫和的條件下運行。

從幾微米到幾毫米寬,這些纖維可以跨越多種尺寸,並且可以容易地分批生產,測試中光是單根纖維便能提升高達自身重量 650 倍的載荷。

近年有許多團隊都在研究如何製造人造肌肉,運用的概念有液壓系統、伺服馬達、記憶合金及聚合物,但這些技術都有其缺點及局限性:不是太重,就是對刺激的反應較慢,相比之下,MIT 創造的新纖維更輕且反應更為快速。

這種纖維可當作機器人手臂、腿足、夾爪甚至是義肢的致動器(actuators)使用,輕微的重量和快速的響應時間可以提供顯著的優勢,如果要提供更高強度來承載更重的負荷,纖維還可以捆綁在一起使用,就像肌肉細胞在人體內的情況一樣。

未來如果結合像光纖或電極這樣的加熱元件,還能夠透過內部加熱方式直接控制肌肉收縮,同時感測器也可以與纖維結合,拉伸過程提供它們遇到狀況的反饋,對於需要自動化和精確控制的機器人系統來說將相當有幫助。

研究人員認為,這種纖維可以用作機器人、義肢、其他機械和生物醫學應用的人造肌肉,也可用於微小的生物醫學設備,例如通過進入動脈然後被激活的醫療機器人。

論文作者、MIT 博士後研究員 Mehmet Kanik 表示,這種材料提供的可能性近乎是無限的,因為幾乎所有不同熱膨脹率的材料組合都可以起作用,留下了廣闊的可能組合以供探索。

「這個新發現就像打開一扇窗後,看到一堆其他窗戶等著被打開。」

研究已刊載於《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:MIT/Felice Frankel

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