MIT人造肌肉登上Science,能提起自重650倍的物体,伸缩万次不坏

MIT人造肌肉登上Science,能提起自重650倍的物体,伸缩万次不坏

郭一璞 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

两种普普通通的材料,结合在一起却能爆发出惊人的力量。

MIT造出的这种“人造肌肉”,只要稍微加热十几度,就能自由伸缩,进而拉动自重650倍的物体。

而且,“人造肌肉”本身十分纤细,制作方法也算不上高精尖,非常易生产,能非常方便的应用在医疗、假肢、工业生产等各种场景中,帮到更多人。

现在,这块特殊的材料也登上了Science封面。

神奇材料哪里来

研究人员的选择了两种热膨胀系数不同的聚合物材料:高密度聚乙烯环烯烃共聚物弹性体

将两种材料粘合在一起,变成了双层的长条状,拆开看,是这样的结构:

是不是像极了双层的PRETZ饼干?

现在,这根长条在显微镜下是这样的:

之后,对这根材料进行拉伸处理。

它就变成了弯弯曲曲的样子,像黄瓜的卷须一样的结构。

现在,“人造肌肉”正式成形了。

它有着弯曲的外观,看起来就像座机的电话线一样,让人有把它拉开再弹回去的冲动。

而内部的结构也变成了这样:

强力效果

只不过,如果你想要拉伸它,并不像拉电话线那样容易,而是需要借助外力:

温度

这里不需要剧烈的温度变化,大概加热个十几度就有明显区别:

4秒钟的时间内,从22℃加热到36摄氏度,原本只有2厘米左右的“电话线”,迅速缩短到只有原来的一半左右。

而且,这种随温度的变化是可逆的,在温和条件下,循环往复10000次都可以坚久耐用。

就靠着受热缩短的这种特性,它能拉起自重650倍的物体。比如拉动砝码:

拉机械臂:

具备商用潜力

这些“人造肌肉”的生产过程其实并不难,而且还可以生产成各种尺寸,从几微米到几毫米不等,长度可以达到数百米,在这样丰富的尺寸下,哪怕是拉动精细小部件,也可以实现了。

另外,研究人员还测试了温度、拉伸长度等因素之间的关系,发现在“加热拉起重物”这个过程中,所有的温度、长度、重量变化都是有规律的,因此,在不同的应用场景下,如果需要反复拉某样重物,可以精确计算出需要的“人造肌肉”长度和需要变化的温度,能够精确的应用在各种场景下。

即使是沉重的东西,也可以将许多根“人造肌肉”组合在一起,共同拉动重物。

加热可能会有些麻烦,但将来,研究人员准备将光纤或电击等集成到“人造肌肉”之中,从内部开始加热,这样就免去了外部加热的麻烦。

因此,未来这种材料完全可以用在机械臂、残疾人的假肢等场景下。另外,研究人员还表示,在医疗场景中,这种材料也能用在微型医学设备中,比如进入动脉做手术的医疗机器人等。

最后,研究人员还说,由于它的原理是两种材料的热膨胀率不同,因此如果加以改进,尝试不同的原料,就可以造出类似的许多种材料。

MIT团队

这项研究的整个作者团队共有11个人,他们来自MIT、哈佛、华盛顿大学,两位共同一作Mehmet Kanik和Sirma Orguc目前都在MIT。

Mehmet Kanik毕业于土耳其比尔肯特大学(Bilkent University),现在是MIT的博士后,他同时在电子研究实验室和材料科学工程系,主要从事材料科学的研究。

Sirma Orguc则是MIT电气工程与计算机科学系的研究生,此前曾在中东科技大学取得了电子电气工程硕士学位,现在也是IEEE的student member。

传送门

Strain-programmable fiber-based artificial muscle

Mehmet Kanik, Sirma Orguc, Georgios Varnavides, Jinwoo Kim, Thomas Benavides, Dani Gonzalez, Timothy Akintilo, C. Cem Tasan, Anantha P. Chandrakasan, Yoel Fink, Polina Anikeeva

https://science.sciencemag.org/content/365/6449/145

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