【前沿】麻省理工再行突破！人造肌肉量产在即！

 “人造肌肉”研究获得重大突破。来自麻省理工学院(MIT)的研究团队利用“热胀冷缩”的原理,制造出了一种人造肌肉纤维,其单根纤维可承受自身重量650倍的载荷,而且大概成本是每米6美分,已经具备工业化规模量产的条件。

该研究由MIT博士后 Mehmet Kanik和研究生 Sirma Orguc联合其他9人共同完成,同时也登上了 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隙就是为了应对冬夏长度的变化,而每种材料都有各自不同的热膨胀系数(即温度平均每升高1个单位,长度的相对变化量)。

生活中的许多场景都应用到此,“跳闸”大家应该都很熟悉,而热继电器过载保护的原理就是依靠拥有不同热膨胀系数的“双金属片”在电路过载时感受温度的变化,进而改变两片金属的弯曲程度以达到控制接触断开的效果。

更为难得的是，当纤维受热收缩时，Mehmet 通过对其长度的变化量与温度升降程度进行建模，初步得出一套相对精确的程序，它可以帮助计算在需要一定力的条件时，应提供多大程度的温度变化。这让该研究在未来应用角度上更具有实用价值。

作为驱动设备，材料的耐久度是必须要考虑的。为了让测试更加直观，Mehmet 将纤维和零件拟人化地组装成一个“锻炼肱二头肌的手臂”。通过纤维的拉伸，不断地提放机械手臂上的“哑铃”。经过测试，该纤维可以满足超过1万次的“锻炼过程”，并且强度没有下降。

图 | 耐久性测试的“肱二头肌锻炼”设备（来源：Mehmet Kanik）

量产问题，及其带来的无限可能

关于生产成本和能否量产的问题，Mehmet 告诉 DeepTech：“我们团队所使用的纤维拉伸技术目前已经十分成熟，并且经济有效。同时，实验中所选用的聚合物材料的价格也很低廉，目前生产的人造肌肉纤维大概成本是每米 6 美分（0.06 美元，约为人民币 4 角钱）。”

图 | Mehmet 展示 1 米长的“人造肌肉”纤维，这段材料的成本大概是 6 美分（来源：Mehmet Kanik）

Mehmet 表示，这项技术已经做好了工业化规模量产的准备。

同时，他还表示 Science 的文章只是展示了纤维设计的原理和一些基本应用的证明。但随着团队研究的不断进展，到目前为止，他们已经可以通过捆绑纤维来增加其负重载荷。简而言之，他们对这种“人造肌肉”纤维接受大规模人造假肢和软体机器人设备应用的检验充满了信心。

对于未来的研究方向，Mehmet 说：“在更大规模的应用中，潜在的挑战是拓展刺激源（温度以外的条件），这可以通过对肌肉结构的创新来改进。我们将尝试建立一个不同的内部刺激机制，包括电学、光学或电化学等。”

对于这项“人造肌肉”的研究更深刻且长远的意义，Mehmet 认为他们是开发了一个新的平台，目前实验是根据不同热膨胀系数的 HDPE 和 COCe 两种聚合物在设计，但这只是一个基于纤维的“人造肌肉”框架。

“这种制造方法的本质，将使我们（该领域的科研人员）有无限的可能创造出多功能的人造肌肉装置。”Mehmet 如是说。