吉林大學(xué)麥克德爾米德實(shí)驗(yàn)室與美國德州大學(xué)達(dá)拉斯分校國際團(tuán)隊(duì)合作，成功地將普通的漁線和縫紉線制備成強(qiáng)大的人工肌肉。相關(guān)研究成果于2月21日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。
相比于相同長度和質(zhì)量的自然肌肉，這種新型人工肌肉能舉起的重量和產(chǎn)生的機(jī)械功率要強(qiáng)100倍！每千克這種人工肌肉可產(chǎn)生7.1馬力的功率，這相當(dāng)于一個噴氣發(fā)動機(jī)的功率!
研究人員解釋說，這種強(qiáng)大的新型肌肉是通過將高強(qiáng)度的聚合物漁線和縫紉線卷曲和加捻制得。整個研究是德州大學(xué)達(dá)拉斯分校麥克德爾米德納米科技實(shí)驗(yàn)室與吉林大學(xué)麥克德爾米德實(shí)驗(yàn)室及來自澳大利亞、韓國、加拿大和土耳其的科學(xué)家們共同完成的。
這種新型肌肉是由溫度的變化來驅(qū)動的，這可由電產(chǎn)生，可通過光的吸收或通過燃料的化學(xué)反應(yīng)。將聚合物纖維加捻可將其轉(zhuǎn)換為一個旋轉(zhuǎn)的肌肉，其轉(zhuǎn)速達(dá)到超過10,000 轉(zhuǎn)/分。之后繼續(xù)加捻，使其形成卷曲結(jié)構(gòu)的人工肌肉，這種肌肉可顯著沿其長度方向在加熱時收縮，并可在冷卻時可逆地恢復(fù)原長。相反地，如果反方向卷取，這種肌肉在加熱時反而會伸長。
天然肌肉的收縮率只有20％ ，而這種新型肌肉可以達(dá)到50％。令人吃驚的是，這種肌肉收縮性能非常穩(wěn)定，可逆地收縮伸長2,000,000次之后發(fā)現(xiàn)其收縮率無改變。
美國威爾士化學(xué)教授、德州大學(xué)達(dá)拉斯分校麥克德爾米德納米科技實(shí)驗(yàn)室主任、吉林大學(xué)唐敖慶客座教授通訊作者瑞·鮑克曼教授說：“這些聚合物肌肉的應(yīng)用空間是巨大的! 因?yàn)槟壳白钕冗M(jìn)的人形機(jī)器人、義肢及可穿戴的外骨骼一直受限于馬達(dá)和液壓系統(tǒng)的大小、重量、功率及工作容量。 ”
鮑曼說：“肌肉可用于應(yīng)用中需要超人的力量的地方，如機(jī)器人及可穿戴的外骨骼。加捻的聚乙烯漁線，其直徑僅為人的頭發(fā)的10倍，其制成的卷曲結(jié)構(gòu)的肌肉，可舉起16磅的重物！類似自然肌肉的結(jié)構(gòu)，把100根這種人工肌肉平行放在一起，可以舉起約0.8萬噸的重物！
另一個極端，只取一個比人的頭發(fā)絲還細(xì)的聚合物纖維卷曲成的肌肉可以使老年人的人形機(jī)器人伴侶的面部表情栩栩如生，也可使微創(chuàng)顯微手術(shù)機(jī)器人更加靈活。此外，他們還可以驅(qū)動微型芯片?！?
主要研究者卡特·海恩斯博士說：“我們用這種肌肉制成了隨溫度變化其孔隙可以可逆地打開和關(guān)閉的織布。這使未來制備舒適-調(diào)節(jié)衣服成為了可能?！?
該研究小組還展示了用這種肌肉制成的可以根據(jù)不同環(huán)境溫度可以自動打開和關(guān)閉大棚或建筑物的窗戶，從而省去了電力驅(qū)動或嘈雜且昂貴的電機(jī)。
吉林大學(xué)麥克德爾米德實(shí)驗(yàn)室王策教授組的徐秀茹博士作為國際合作者參與了這項(xiàng)研究。同時參與研究的有德州大學(xué)達(dá)拉斯分校的華人科學(xué)家房少立博士、李娜博士，及Dr. M?nica
Jung de Andrade、Dr. Jiyoung
Oh 、Dr. Xavier Lépro and
Benjamin Swedlove。
原文檢索：
Carter S. Haines, Márcio D. Lima, Na Li, Geoffrey M. Spinks,
Javad Foroughi, John D. W. Madden, Shi Hyeong Kim, Shaoli Fang, M?nica Jung de
Andrade, Fatma G?ktepe, ?zer G?ktepe, Seyed M. Mirvakili, Sina Naficy, Xavier
Lepró, Jiyoung Oh, Mikhail E. Kozlov, Seon Jeong Kim, Xiuru Xu, Benjamin J.
Swedlove, Gordon G. Wallace, and Ray H. Baughman. Artificial Muscles
from Fishing Line and Sewing Thread. Science, 21 February 2014; DOI:10.1126/science.1246906