美國(guó)最新研發(fā)出擁有可自愈的人造肌肉機(jī)器人

2016年12月25日出版的《先進(jìn)材料》雜志在一篇論文中，介紹了加州大學(xué)河濱分校科學(xué)家汪超(音譯)與同行聯(lián)合開發(fā)的一種擁有自愈能力的透明、高延展性導(dǎo)離子材料。這種材料可賦予機(jī)器人發(fā)生機(jī)械故障后的自愈能力、延長(zhǎng)電動(dòng)汽車及鋰離子電池使用壽命，以及改善醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域中生物傳感器性能等，應(yīng)用潛力廣泛。

新研究首次將自愈性材料與離子導(dǎo)體“合二為一”。自愈材料能自動(dòng)修復(fù)使用造成的損耗、延長(zhǎng)使用壽命并降低成本;而能讓離子在其內(nèi)流動(dòng)的離子導(dǎo)體，在能源儲(chǔ)存、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、傳感器和電子設(shè)備中扮演著重要角色。汪超表示：“研發(fā)集多種優(yōu)越性能于一身的材料是科學(xué)界多年未解的難題，現(xiàn)在我們成功做到并已著手開發(fā)其相關(guān)應(yīng)用?！?/p>

合作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校副教授克里斯托弗?開普林格之前研制的離子導(dǎo)體，能為人造肌肉供能并用其制成透明揚(yáng)聲器，但出現(xiàn)機(jī)械故障后不能自我治愈。不能自愈的原因在于，這些聚合物內(nèi)含的共價(jià)鍵在電化學(xué)環(huán)境下會(huì)發(fā)生反應(yīng)，降低材料的性能。汪超利用離子偶極作用，讓帶電離子與極性分子之間耦合，從而大大提高了離子導(dǎo)體的穩(wěn)定性，最終研制出集多種優(yōu)越性能于一身的新型自愈材料。

新材料能制成具有自愈功能的透明人造肌肉。 圖片來(lái)源：加州大學(xué)河濱分校

這種橡膠類柔軟材料成本低、易生產(chǎn)，能延展到初始長(zhǎng)度的50倍。當(dāng)剪斷后，在室溫下24小時(shí)內(nèi)即能重新連接起來(lái)(自愈)，且自愈后僅5分鐘就能再次延展兩倍。

汪超團(tuán)隊(duì)還利用新材料開發(fā)出新型人造肌肉。這種人造肌肉由三層材料堆積而成，上下兩層是能導(dǎo)電和自愈的新材料，中間層是透明的非導(dǎo)電橡膠類薄膜。他們施加電信號(hào)發(fā)現(xiàn)，人造肌肉能像人類二頭肌一樣開始活動(dòng);更重要的是，當(dāng)其斷裂成兩段后，不依靠任何外來(lái)刺激就能恢復(fù)到與切斷前相同的性能水平。