美國科學(xué)家開發(fā)了一種新的質(zhì)料和工藝，適用于制作比生物肌肉更強(qiáng)健、更機(jī)動(dòng)的人造肌肉。研究成果宣布正在最新一期《科學(xué)》雜志上。
由10層可加工的高性能介電彈性體(PHDE)和20個(gè)致動(dòng)器堆疊而成的4X5英寸薄膜。
圖片萊源：UCLA柔性質(zhì)料研討實(shí)驗(yàn)室
加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）工程學(xué)院研究人員稱，創(chuàng)立人造肌肉來完成事情并檢測力和觸覺，一直是科學(xué)和工程界的宏大挑釁之一。
正在制作人造肌肉層面，雖然很多資料皆很有競爭力，但具有高彈性的輕質(zhì)介電彈性體（DE）因其柔韌性極佳而備受存眷。絕大多數(shù)DE由丙烯酸或硅樹脂制成，但這兩種資料皆有錯(cuò)誤謬誤。傳統(tǒng)的丙烯酸DE可實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)應(yīng)變，但需求預(yù)拉伸且欠缺靈活性；有機(jī)硅更簡單制作，但它們不克不及蒙受高應(yīng)力。
UCLA研討團(tuán)隊(duì)哄騙市售化學(xué)品并采納紫外線光固化工藝，發(fā)明了一種改良的丙烯酸基質(zhì)料，該質(zhì)料更柔韌、可調(diào)理且更易于擴(kuò)大，且沒有損失其強(qiáng)度和耐用性。丙烯酸能構(gòu)成更多的氫鍵，由而使質(zhì)料更簡單變形，但研討人員調(diào)整了聚合物鏈之間的交聯(lián)，使彈性體更柔嫩、更機(jī)動(dòng)。然后將獲得的薄薄的、可加工的高性能介電彈性體薄膜（PHDE）夾在兩個(gè)電極之間，以將電能轉(zhuǎn)換為致動(dòng)器的動(dòng)能。
每張PHDE薄膜都像一根頭發(fā)一樣輕薄，約莫35微米厚，當(dāng)多層堆疊在一起時(shí)，它們就變成了一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，可像肌肉組織一樣發(fā)揮作用，并發(fā)生充足的能量來為機(jī)器人或傳感器的活動(dòng)供應(yīng)動(dòng)力。研究人員已造作出4—50層不等的PHDE薄膜堆疊。
裝備PHDE致動(dòng)器的人造肌肉可發(fā)生比生物肌肉更多的動(dòng)力，柔韌性還比自然肌肉高3—10倍。
UCLA的研討利用了“干法”工藝。該工藝用刀片將薄膜分層，然后開展紫外線固化硬化，使各層勻稱。這加了致動(dòng)器的能量輸出，使設(shè)備可支撐更龐雜的活動(dòng)。
這類簡化的歷程，和PHDE的機(jī)動(dòng)和耐用特征，容許制造出新型柔性致動(dòng)器，其可像蜘蛛腿般蜿蜒跳躍，亦可纏繞和扭轉(zhuǎn)。研究人員還展現(xiàn)了PHDE致動(dòng)器可以扔擲比薄膜自己重20倍的豌豆巨細(xì)的球。當(dāng)電壓翻開和封閉時(shí)，致動(dòng)器還可像隔閡一樣收縮和收縮。
總編輯圈點(diǎn)：
久遠(yuǎn)來看，現(xiàn)在出現(xiàn)在我們生活中的良多機(jī)械人，大概屬于機(jī)械人的雛形或低級形態(tài)。雖然它們可以施行良多指令和操縱，但在良多層面，它們?nèi)≌嬲闹悄芰碛斜厝徊町悾罨镜囊稽c(diǎn)便是，其表面更像硬邦邦的機(jī)械，而并不是機(jī)靈的人。試想，賣力照應(yīng)小朋友或白叟的關(guān)照機(jī)械人，若是能把鋼筋鐵骨換成柔嫩的皮膚和肌肉，實(shí)際使用體驗(yàn)大概會大大提拔。人工皮膚和人工肌肉的相干研發(fā)結(jié)果，有助于讓機(jī)械人變得加倍柔性，還協(xié)助它們變得加倍“名副其實(shí)”。