一項(xiàng)發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》的新研究表明基于蔬菜細(xì)胞的人造肌肉在彎曲的同時(shí)可伸縮變形
切洋蔥是一件苦差事,，尤其如果切“對”了地方，即使最有經(jīng)驗(yàn)的廚師也會(huì)直奔紙巾盒,。如今,，洋蔥不僅只在廚房里展現(xiàn)魅力，它們也被國立臺(tái)灣大學(xué)的研究者們用在了制造人造肌肉方面,。不同于以往的人造肌肉,，“洋蔥肌肉”可以隨著加載電壓的不同而伸展收縮并向不同的方向彎曲,。在本周美國物理聯(lián)合會(huì)出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》中,，研究人員報(bào)道了這一成果。
“我們一開始的目的是要開發(fā)出一種微結(jié)構(gòu)以增加人造肌肉的驅(qū)動(dòng)變形(即在電壓的驅(qū)動(dòng)下人造肌肉彎曲伸展的程度),，”課題組的帶頭人 Wen-Pin Shih說,。“有一天,，我們發(fā)現(xiàn)洋蔥細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和尺寸和我們一直在研發(fā)的微結(jié)構(gòu)十分類似,?！盨hih和研究生Chien-Chun Chen以及同事共同開展了此項(xiàng)研究。
洋蔥的表皮,，也就是體表下薄脆,，輕薄，半透明的那層膜,，是由短而結(jié)實(shí)的細(xì)胞緊致地排列在晶格中形成,。Shih和他的同事認(rèn)為洋蔥的表皮細(xì)胞有望用來制作更為靈活的人造肌肉，完成一些復(fù)雜有難度的動(dòng)作,，如在彎曲的同時(shí)可以伸展或者收縮,。Shih說，目前的人造肌肉只能彎曲或者伸縮,，兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行,。
在實(shí)驗(yàn)中，研究者們先用酸液去除洋蔥細(xì)胞的半纖維素,，一種增加細(xì)胞壁硬度的蛋白質(zhì),，之后在洋蔥表皮的兩面鍍金作為電極。當(dāng)電流通過金電極時(shí),，洋蔥細(xì)胞可以如肌肉般彎曲伸展,。
“我們有意讓兩面鍍金電極厚度不同，這樣兩面的細(xì)胞硬度就不對稱,，”Shih說,。這種不對稱性使得研究者們能夠控制肌肉的反應(yīng)：當(dāng)加入低電壓時(shí)，洋蔥肌肉會(huì)向下伸展,，朝鍍層厚的一面彎曲,。反之，當(dāng)加入高電壓時(shí),，洋蔥肌肉會(huì)向上收縮,，且朝鍍層薄的一面彎曲。
“我們發(fā)現(xiàn)單層晶格結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)模式,，這是以往的人造肌肉從未有達(dá)到過的,，”Shih說。
為了證實(shí)人造肌肉可用來制造實(shí)用的工具,，研究者們用兩片洋蔥肌肉制作了鑷子,，并用它成功夾起了棉球。研究者們表示將來希望進(jìn)一步提高人造肌肉的提升力,?！拔覀兿乱徊降挠?jì)劃是降低洋蔥肌肉的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)力?！?/p>
