科技日報記者 張夢然 實習(xí)記者張佳欣
美國科學(xué)家開發(fā)了一種新的材料和工藝，用于制造比生物肌肉更強(qiáng)壯、更靈活的人造肌肉。研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。
由10層可加工的高性能介電彈性體 (PHDE) 和20個致動器堆疊而成的4X5英寸薄膜。圖片萊源：UCLA柔性材料研究實驗室
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加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）工程學(xué)院研究人員稱，創(chuàng)建人造肌肉來完成工作并檢測力和觸覺，一直是科學(xué)和工程界的巨大挑戰(zhàn)之一。
在制造人造肌肉方面，雖然許多材料都很有競爭力，但具有高彈性的輕質(zhì)介電彈性體（DE）因其柔韌性極佳而備受關(guān)注。大多數(shù)DE由丙烯酸或硅樹脂制成，但這兩種材料都有缺點。傳統(tǒng)的丙烯酸DE可實現(xiàn)高驅(qū)動應(yīng)變，但需要預(yù)拉伸且缺乏靈活性；有機(jī)硅更容易制造，但它們不能承受高應(yīng)力。
UCLA研究團(tuán)隊利用市售化學(xué)品并采用紫外線光固化工藝，創(chuàng)造了一種改進(jìn)的丙烯酸基材料，該材料更柔韌、可調(diào)節(jié)且更易于擴(kuò)展，且沒有損失其強(qiáng)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(diào)整了聚合物鏈之間的交聯(lián)，使彈性體更柔軟、更靈活。然后將得到的薄薄的、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(zhuǎn)換為致動器的動能。
每張PHDE薄膜都像一根頭發(fā)一樣輕薄，大約35微米厚，當(dāng)多層堆疊在一起時，它們就變成了一個微型電動機(jī)，可像肌肉組織一樣發(fā)揮作用，并產(chǎn)生足夠的能量來為機(jī)器人或傳感器的運(yùn)動提供動力。研究人員已制作出4—50層不等的PHDE薄膜堆疊。
配備PHDE致動器的人造肌肉可產(chǎn)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“干法”工藝。該工藝用刀片將薄膜分層，然后進(jìn)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(shè)備可支持更復(fù)雜的運(yùn)動。
這種簡化的過程，以及PHDE的靈活和耐用特性，允許制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(zhuǎn)。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(dāng)電壓打開和關(guān)閉時，致動器還可像隔膜一樣膨脹和收縮。
總編輯圈點：
長遠(yuǎn)來看，如今出現(xiàn)在我們生活中的很多機(jī)器人，可能屬于機(jī)器人的雛形或初級形態(tài)。雖然它們能夠執(zhí)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(jī)器，而不是靈巧的人。試想，負(fù)責(zé)照顧小朋友或老人的看護(hù)機(jī)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(guān)研發(fā)成果，有助于讓機(jī)器人變得更加柔性，也幫助它們變得更加“名符其實”。
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