從電液晶彈性體紡成的人造纖維制造人工肌肉

加利福尼亞大學(xué)的一組研究人員開(kāi)發(fā)出一種方法來(lái)制造一種人造纖維，其性能與人類(lèi)肌肉纖維非常相似。在他們發(fā)表在《Science Robotics》雜志上的論文中，研究人員描述了他們的過(guò)程以及測(cè)試時(shí)纖維的工作情況。

多年來(lái)，科學(xué)家們一直在努力創(chuàng)造一種人造肌肉，既可以替代人類(lèi)患者失去的肌肉，又可以賦予機(jī)器人類(lèi)似人類(lèi)的品質(zhì)。這樣的努力在某些方面得到了回報(bào)。與人類(lèi)肌肉纖維非常相似的纖維已經(jīng)被創(chuàng)造出來(lái)，但由于其復(fù)雜的性質(zhì)，它們的響應(yīng)時(shí)間很慢。在這項(xiàng)新工作中，研究人員開(kāi)發(fā)了一種制造具有人類(lèi)肌肉類(lèi)型響應(yīng)時(shí)間的人造纖維的過(guò)程。

新技術(shù)涉及使用一種稱(chēng)為靜電紡絲的工藝，這是一種為智能紡織品和某些情況下的組織再生而開(kāi)發(fā)的舊工藝。在他們的方法中，研究人員從液晶彈性體 (LCE) 開(kāi)始，它是一種聚合物。他們創(chuàng)造了一種含有少量 LCE 的溶液，并將其吸入一個(gè)非常小的注射器狀裝置中。然后他們使設(shè)備承受極高的電壓這導(dǎo)致聚合物以非常細(xì)的流從裝置的尖端射出。氣流被導(dǎo)向用作收集器的旋轉(zhuǎn)金屬網(wǎng)。隨著水流干燥，它形成直徑為 10 到 100 微米的彈性纖維，具體取決于設(shè)備尖端孔的大小。對(duì)該纖維的測(cè)試表明，它具有與人類(lèi)肌肉纖維相似的特性，例如抗拉強(qiáng)度、高功率密度和快速響應(yīng)能力。他們還發(fā)現(xiàn)可以使用熱或近紅外光激活（收縮）纖維。

研究人員通過(guò)在不同的實(shí)際類(lèi)型應(yīng)用中使用該纖維來(lái)測(cè)試該纖維。例如，他們用它制造了微型鑷子，還用它來(lái)指導(dǎo)微型游泳裝置、微型人工手臂和微流體泵的運(yùn)動(dòng)。研究人員指出，他們的過(guò)程既簡(jiǎn)單又便宜，這表明它可用于制造用于各種應(yīng)用的纖維。