據(jù)澳大利亞廣播公司網(wǎng)站報道,，美國的科學(xué)家日前稱,，他們最近成功地研制出一種新型的人造肌肉,，這種人造肌肉不僅可以自我修復(fù),，而且還可以在運(yùn)動收縮過程中產(chǎn)生電力,，這些電力未來甚至可以為你的手機(jī)或者M(jìn)P3播放器充電,。
人造肌肉可自我修復(fù)并發(fā)電
在最新一期出版的《先進(jìn)材料》雜志上，美國加州大學(xué)的科學(xué)家裴齊冰教授公布了他們的這一最新研究成果,。作為此次研究的發(fā)起人,，裴齊冰教授說：“我們已經(jīng)制造出了一塊人造肌肉，它會在通電后膨脹(超過200%),，在運(yùn)動和能量方面都與人類肌肉非常相似,。” 盡管人造肌肉已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)年了，但是有些人造肌肉因為非常體積大而撕裂,，產(chǎn)生不平衡的膜厚度和不規(guī)則粒子,，從而導(dǎo)致肌肉失靈,。研究人員們使用了普遍存在的、柔韌靈活的碳納米管作為電極,，以取代其它含金屬的膜,，因為后者常常在反復(fù)使用后出現(xiàn)故障。如果某個碳納米管區(qū)域失效了,，其周圍的區(qū)域會變?yōu)榻^緣而自行閉合,，以防止故障波及其它區(qū)域。
裴齊冰教授說：“在我們對這個新設(shè)備進(jìn)行的長期測試中,，實際的材料經(jīng)歷了許多事件卻仍然能工作,。”裴教授所說的“事件”指的是，他們用銷釘對人造肌肉進(jìn)行扎刺,，在這種情況下,，其它的人造肌肉會失效，而他們的肌肉模型仍能保持運(yùn)行,。此外,，這種自我愈合的肌肉還是高效能的,。裴教授說：“它能保存70%你輸給它的能量,。”由于這種材料會在膨脹后收縮，碳納米管的重新排列會產(chǎn)生一小股電流,，這種電流可被用作另一膨脹的能量或被儲存在電池中,。日本的科學(xué)家們利用這一理念從海浪中提取能量為電池充電。其他科學(xué)家們推測,，這種人造肌肉將可被用來捕獲風(fēng)能,。內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾校區(qū)的材料科學(xué)家金光說：“他將這些碳納米管放在一起的方法真的非常有創(chuàng)意。一些人想利用它來為電池充電,。”
能與真人肌肉相媲美
研究人員們表示,，他們發(fā)明的這種人造肌肉伸縮性已能和人的肌肉相媲美，且伸縮性由材料自身性能決定,，無需馬達(dá),、齒輪等復(fù)雜裝置，體積小,、重量輕,。研究人員稱，他們最新研發(fā)的兩種人造肌肉性能均非常突出,，同時具備燃料電池和肌肉的功能,。其中一種人造肌肉采用了含催化劑的碳納米管電極，可作為燃料電池的電極將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,，也可作為超級電容器的電極來儲存電能,，還可作肌肉電極將電能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,。另外一種人造肌肉也是目前最強(qiáng)健的肌肉，是通過混合燃料和空氣中的氧氣發(fā)生催化反應(yīng),，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為熱能,，升高的溫度可使制造肌肉的具有形狀記憶功能的金屬材料用力收縮，冷卻后肌肉隨之膨脹放松,。由于這種燃料電池肌肉所使用的外層涂有納米顆粒催化劑的形狀記憶金屬導(dǎo)線,，可在市場上買到，這使得它尤其容易在自動裝置中得到應(yīng)用,。
人造肌肉又叫電活性聚合物,，是一種新型智能高分子材料，它能夠在外加電場的作用下,，通過材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變而伸縮,、彎曲、束緊或膨脹,，和生物肌肉十分相似,。在生物材料醫(yī)學(xué)上，人造器官是指能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料,，或者說是具有天然器官組織的功能或天然器官部件功能的材料,。根據(jù)制造器官使用的材料以及其功能，科學(xué)將人造器官分為三種：機(jī)械性人造器官,、半機(jī)械性半生物性人造器官,、生物性人造器官。其中,，前兩類型種的人造器官移植后會讓患者產(chǎn)生排斥反應(yīng),，對受體來說，最為感覺舒適無副作用的是最后一種也就是生物性人造器官,。
未來應(yīng)用前景廣闊
人造肌肉具有廣闊的應(yīng)用前景,。這種材料做成的人造肌肉能像人類肌肉纖維一樣收縮和伸展，并改變胳膊長短,。利用人造肌肉收縮和伸展的特性,，一旦提供的能量足夠，用這些肌肉作成的裝置就能夠完成跳躍,、爬山甚至長途旅行等活動,，從而能夠做成更像人類的機(jī)器人、更輕便靈巧的人造假肢以及塑料心臟或心臟隔膜等與人類器官收縮一致的人造器官,?？茖W(xué)家還希望將這些人造肌肉材料用在其他方面，比如用來制作微型閥門、柔軟的揚(yáng)聲器以及可觸摸界面如顯示屏等,。
迄今為止,，人體的器官已經(jīng)基本都能夠制造成功并應(yīng)用到人體，唯獨肌肉沒有做到這一步,。因此,，人造肌肉具有廣闊的前景。利用人造肌肉收縮和伸展的特性,，一旦提供的能量足夠,，用這些肌肉作成的裝置就能夠完成跳躍、爬山甚至長途旅行等活動,，從而能夠做成更像人類的機(jī)器人,、更輕便靈巧的人造假肢以及塑料心臟或心臟隔膜等與人類器官收縮一致的人造器官。新研制的靠燃料驅(qū)動的人造肌肉很容易進(jìn)行微型化甚至納米級設(shè)備的生產(chǎn),，采用乙醇或氫等燃料驅(qū)動可獲得高出目前最先進(jìn)的充電電池30多倍的能量,，使用壽命更長，可在自治機(jī)器人,、可變形飛行器以及動態(tài)盲文顯示器等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。比如可以改進(jìn)飛行器及航海工具的性能。用酶取代金屬催化劑,，有朝一日可能研制出以食物為燃料驅(qū)動的人造肌肉,，用于人體器官包括人造心臟的移植和再造等。(劉妍)
