麻省理工学院团队打造“人造肌肉”：每米成本约6美分，有望量产

“人工肌肉”研讨取得重大突破。来自麻省理工学院（MIT）的研讨团队运用“热胀冷缩”的原理，制作出了一种人工肌肉纤维，其单根纤维可承受本身分量650倍的载荷，而且大约成本是每米6美分，现已具有工业化规划量产的条件。

该研讨由MIT博士后MehmetKanik和研讨生SirmaOrguc联合其他9人共同完成，一起也登上了Science最新一期的封面。

“热胀冷缩”是人们耳熟能详的自然现象，火车道上每段铁轨之间留有的空地便是为了应对冬夏长度的改动，而每种资料都有各自不同的热胀大系数（即温度均匀每升高1个单位，长度的相对改动量）。

日子中的许多场景都运用到此，“跳闸”咱们应该都很了解，而热继电器过载维护的原理便是依托具有不同热胀大系数的“双金属片”在电路过载时感触温度的改动，从而改动两片金属的曲折程度以到达操控触摸断开的效果。

MIT团队发现，运用两种不同的聚合物粘组成一种纤维，跟着温度的升高，胀大更快的那种资料就会被对面绑定的“同伴”阻挠，这样就导致粘合资料会朝向胀大较慢的一侧曲折。这种不对称的缩短会引起纤维向相反的方向弯曲，这就构成了一个相似绷簧的结构，而研讨人员发现其能够供给非常强壮的拉力。

这将对机器人、智能假肢等机械设备，以及生物医疗等运用场景供给极大协助，创始了一种新模式“人工肌肉”。

早在1865年，达尔文就依据对黄瓜卷须的调查，估测黄瓜卷须的回旋扭转运动能够构成一个绷簧状物，而且他注意到，这种绷簧不像一个典型的绷簧只朝一个方向回旋扭转，黄瓜的卷须会从系链的结尾开端朝着相反的方向开端回旋扭转。这样当遭到来自另一边的牵引力时，黄瓜卷须的纤维不会像一个一般的绷簧那样翻开，而是环绕得愈加严密。

因而Mehmet团队估测，由弹性体和热塑性聚合物组成的聚合物双晶结构内的热胀大差异，在低热度条件影响下可满意线性驱动。为了操控分娩纤维的长度和横向尺度，他们选用了可弹性的纤维拉伸技能。

这种技能是经过将一个预制作的大尺度资料加热到必定温度，让资料变得粘稠，然后就能够像“吹糖人”相同将纤维拉出。这种既能够确保纤维内部两片不同资料的结构，还能够操控终究成型的尺度。

在归纳考虑拉伸温度下两种资料的粘度、能否满意鲁棒驱动等约束条件，经过有限元分析，Mehmet在试验中挑选选用HDPE和COCe两种聚合物。

纤维制作好后，假如将其拉伸至原始长度的数倍，它将自然地构成一个相似绷簧的线圈，和座机的电话线非常相似。

与传统机器人等机械设备的驱动办法不同，Mehmet团队这项研讨的意图便是要替代传统液压、气动等驱动办法。而使这种新式“人工肌肉”纤维起到拉伸效果的“外力”正是温度，其原理上文现已给予介绍。

Mehmet团队分娩的这种纤维，温度只要在很纤细的区间内改动，其结构就会灵敏地反响、收紧，一起发生的拉力也非常强壮。而在温度下降后，纤维会很快康复到初始长度。

一起，为了丈量单根纤维能够承受的分量载荷，Mehmet规划了一个专门的测验设备。经过屡次试验，他们发现单根纤维能够承受约本身分量650倍的载荷。而且，Mehmet告知DeepTech，他们现在现已证明了经过绑缚纤维，能够进一步添加其载重才能；一起，该纤维的缩短并不须要温度有剧烈的改动，对温文温度范围内的崎岖就很灵敏。

更为可贵的是，当纤维受热缩短时，Mehmet经过对其长度的改动量与温度升降程度进行建模，开始得出一套相对准确的程序，它能够协助估算在须要必定力的条件时，应供给多大程度的温度改动。这让该研讨在未来运用角度上更具有有用价值。

作为驱动设备，资料的耐久度是必需要考虑的。为了让测验愈加直观，Mehmet将纤维和零件拟人化地组装成一个“训练肱二头肌的手臂”。经过纤维的拉伸，不断地提放机械手臂上的“哑铃”。经过测验，该纤维能够满意超越1万次的“训练历程”，而且强度没有下降。

关于分娩成本和能否量产的问题，Mehmet告知DeepTech：“咱们团队所运用的纤维拉伸技能现在现已非常老练，而且经济有用。一起，试验中所选用的聚合物资料的价格也很低价，现在分娩的人工肌肉纤维大约成本是每米6美分（0.06美元，约为人民币4角钱）。”

Mehmet表明，这项技能现已做好了工业化规划量产的预备。

一起，他还表明Science的文章仅仅展现了纤维规划的原理和一些根本运用的证明。但跟着团队研讨的不断发展，到现在为止，他们现已能够经过绑缚纤维来添加其负重载荷。简而言之，他们对这种“人工肌肉”纤维承受大规划人工假肢和软体机器人设备运用的查验充满了决心。

关于未来的研讨方向，Mehmet说：“在更大规划的运用中，潜在的应战是拓宽影响源（温度以外的条件），这能够经过对肌肉结构的创新来改善。咱们将测验树立一个不同的内部影响机制，包含电学、光学或电化学等。”

关于这项“人工肌肉”的研讨更深入且久远的含义，Mehmet以为他们是开发了一个新的渠道，现在试验是依据不同热胀大系数的HDPE和COCe两种聚合物在规划，但这仅仅一个根据纤维的“人工肌肉”结构。

“这种制作办法的实质，将使咱们（该范畴的科研人员）有无限的或许创造出多功能的人工肌肉设备。”Mehmet如是说。