多年以来,研究人员一直在尝试创造出一种耐用、低成本的人造合成肌肉,但始终没有成功。至今制造出的样品要么太昂贵,无法量产(比如碳纳米管);要么太脆弱,能耗又太高(说的就是你,形状记忆合金),以至于没有多大实用价值。但就在近日, MIT的一支研究团队用尼龙纤维制造出了一种十分理想的、能满足所有实用性要求的人造肌肉。

根据昨天学术期刊Advanced Materials(“高级材料”)发表的报告,这项技术的秘密在于纤维的形状和加热方式。尼龙纤维有一种很神奇的特性,当你对它们加热的时候,他们会收缩长度,并且增大直径。这使得尼龙纤维成为进行直线运动的理想材料,比如竖直地提起什么东西。但是让尼龙纤维在收缩的同时进行弯曲就不是那么简单了。

传统的方法里,让尼龙弯曲需要用到滑轮装置。这增加了系统的重量、复杂度和成本——它们恰恰是是量产新技术最需要减少的三个东西。

MIT 团队找到了一种很巧妙的方法绕过这个难题。该团队使用的是普通的尼龙丝。他们先对它压缩处理,把圆形的横截面改为矩形。接着,他们只对纤维的一侧进行加热。这样一来,加热这一侧比未加热一侧收缩得更快,强迫尼龙纤维向受热一侧弯曲。而加热源可以是任何东西,包括电阻发热,化学反应发热和激光发热。这些尼龙纤维出乎意料的非常结实耐用,可以经受10万个使用周期,并且可以在一秒内收缩17次。

下方是三幅MIT研究人员对该纤维进行加热弯曲测试的画面,其中,第三幅动图中,研究者采用激光照射的方式为纤维一侧加热。

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这一项人造肌肉的突破性进展,在工业和商业领域有广泛的潜在应用。例如可以按照你的体型自动收缩,极度合体的 “智能衣服”,以后买衣服再也不用担心尺寸合不合适。这些纤维还可以被用到汽车、飞机上。还记得今年早些时候宝马推出的吉娜概念车吗?这辆梦幻跑车的车身,覆盖了一层可调节、可扩展的纤维材料做成的“衣服”。有了这种纤维,汽车的“外衣”(外壳)可以在高速行驶时受风力而自动改变形状,最大限度地减小了风阻。

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宝马吉娜GINA概念车

这项技术还可以被应用到自动调节导尿管来打胰岛素。有朝一日,我们甚至会看到这种尼龙纤维应用在仿生机器人上,成为它们的肌肉。遗憾的是,目前还不得而知这种人造纤维离市场化有多远。