新材料帶來更強壯靈活人造肌肉

科技日報北京7月10日電 （記者張夢然 實習記者張佳欣）美國科學家開發了一種新的材料和工藝，用於製造比生物肌肉更強壯、更靈活的人造肌肉。研究成果發表在最新一期《科學》雜誌上。

加州大學洛杉磯分校（UCLA）工程學院研究人員稱，創建人造肌肉來完成工作並檢測力和觸覺，一直是科學和工程界的巨大挑戰之一。

在製造人造肌肉方面，雖然許多材料都很有競爭力，但具有高彈性的輕質介電彈性體（DE）因其柔韌性極佳而備受關注。大多數DE由丙烯酸或硅樹脂製成，但這兩種材料都有缺點。傳統的丙烯酸DE可實現高驅動應變，但需要預拉伸且缺乏靈活性；有機硅更容易製造，但它們不能承受高應力。

UCLA研究團隊利用市售化學品並採用紫外線光固化工藝，創造了一種改進的丙烯酸基材料，該材料更柔韌、可調節且更易於擴展，且沒有損失其強度和耐用性。丙烯酸能形成更多的氫鍵，從而使材料更容易變形，但研究人員調整了聚合物鏈之間的交聯，使彈性體更柔軟、更靈活。然後將得到的薄薄的、可加工的高性能介電彈性體薄膜（PHDE）夾在兩個電極之間，以將電能轉換為致動器的動能。

每張PHDE薄膜都像一根頭髮一樣輕薄，大約35微米厚，當多層堆疊在一起時，它們就變成了一個微型電動機，可像肌肉組織一樣發揮作用，併產生足夠的能量來為機器人或傳感器的運動提供動力。研究人員已製作出4—50層不等的PHDE薄膜堆疊。

配備PHDE致動器的人造肌肉可產生比生物肌肉更多的動力，柔韌性也比自然肌肉高3—10倍。

UCLA的研究利用了“幹法”工藝。該工藝用刀片將薄膜分層，然後進行紫外線固化硬化，使各層均勻。這增加了致動器的能量輸出，使設備可支持更復雜的運動。

這種簡化的過程，以及PHDE的靈活和耐用特性，允許製造出新型柔性致動器，其可像蜘蛛腿般彎曲跳躍，亦可纏繞和旋轉。研究人員還展示了PHDE致動器能夠投擲比薄膜本身重20倍的豌豆大小的球。當電壓打開和關閉時，致動器還可像隔膜一樣膨脹和收縮。

【總編輯圈點】

長遠來看，如今出現在我們生活中的很多機器人，可能屬於機器人的雛形或初級形態。雖然它們能夠執行很多指令和操作，但在很多方面，它們與真正的智能還有一定差距，最基本的一點就是，其外觀更像硬邦邦的機器，而不是靈巧的人。試想，負責照顧小朋友或老人的看護機器人，如果能把鋼筋鐵骨換成柔軟的皮膚和肌肉，實際使用體驗可能會大大提升。人工皮膚和人工肌肉的相關研發成果，有助於讓機器人變得更加柔性，也幫助它們變得更加“名符其實”。