導讀
最近麻省理工學院的研究團隊開發出了一款人造肌肉纖維，可以提起自身重量650倍的重物，這種纖維可隨著溫度的改變而伸縮，且相應快速，或將適用於機器人、假肢、生物醫學設備等。
作者：風雨撫蕖
編輯：Monday
在仿生這條道路上，機器人學家似乎一直都在保持著自己的節奏，按部就班的進行著相關的研究。
最近，麻省理工學院研究團隊的一項關於人造肌肉纖維的研究刊登在了Science的封面上。
這種可編程的人造肌肉為仿生機器人家族再添全新「部件」，為機器人添上筋脈，或將加速機器人，觸覺和假肢的發展。
這款纖維通過不同材料對熱膨脹的差異，模擬植物卷鬚的卷繞和拉動機制來產生收縮效果。
未來可以作為機器人、假肢和其他機械和生物醫學應用的人造肌肉。
更輕更快更小更接近真實
創造人造肌肉並非新鮮事兒，前不久我們就報導了通過液壓系統和原電池原理結合的機器血液系統，它極大的提高了機器人能量密度。
目前通過液壓系統，伺服馬達，形狀記憶金屬和響應刺激的聚合物製作的人造肌肉都具有局限性，包括高重量或慢響應時間。
相較之下，研究人員表示，新的基於光纖的系統非常輕巧，可以非常快速地響應。
「性格差異」為材料帶來強勁動力
為了製作這種纖維，研究人員將兩種熱膨脹係數相差極大的材料——一種非常易拉伸的環狀共聚物彈性體和一種更硬的熱塑性聚乙烯配合在一起，結合成一股纖維。
「截然不同」的性格使得它們在加熱時會具有不同的膨脹率。隨著結合材料的加熱，膨脹更快的一側會給膨脹較慢的一側產生較大的壓力，使得結合材料朝向更緩慢膨脹的一側彎曲，一旦溫度回落，纖維就恢復到原來的長度。
其靈敏度很高，僅用體溫就能引起明顯的彎曲，事實上只需1攝氏度的增加即可開始纖維收縮。
此外加熱纖維時產生的緊固程度可以通過確定纖維的初始拉伸的多少來「編程」。
更重要的是，目前的研究表明，這些基於纖維的執行器具有熱和光學可控性，可以提升超過自身重量的650倍！
銀納米導電網，反饋纖維性能——拉伸萬餘次
為了更好的反映纖維的性能，研究人員將一種銀納米（AgNW,直徑= 70nm和長度=50μm）線構成的導電網直接沉積在纖維肌肉的表面上，然後再沉積聚二甲基矽氧烷（PDMS）彈性體作為保護性可拉伸層。
隨著肌肉纖維的收縮和伸長變化，表面的導電網也會相應的變化，由此導電網的電阻變化就反映了肌肉纖維的性能。
再將纖維肌肉的一端連接到直流電機，並由分壓器記錄電阻值的變化。
壓阻應變反饋表明，目前的肌肉纖維能承受大於1000％的應變，並重複10000次。
由簡向繁，未來無限可能
雖然能夠拉起自身重量650倍的重物，但是一根纖維的力量也極其有限，也不過微牛級的大小。
為了提供更大的強度來提升更重的負荷，纖維可以捆綁在一起，就像肌肉纖維捆綁在體內一樣。該團隊成功測試了100根光纖束。
未來，這些纖維還可以囊括加熱元件。例如電極，提供在內部加熱它的方式，而不必依賴任何外部熱源來激活「肌肉」的收縮。
這種纖維還可以用作機器人手臂，腿或夾子中的致動器，也可用作假肢的制動器，為它們提供快速的響應。
今天的一些假肢可以重達30磅，其中大部分重量來自致動器; 因此，重量較輕的致動器可以讓假肢佩戴者使用起來更方便。
這種纖維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。
正如研究人員Mehmet Kanik所說，這種材料的可能性幾乎是無限的，因為幾乎任何具有不同熱膨脹率的材料的組合都適用，具有廣闊的探索空間。
來源：機器人大講堂
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