螺旋碳纤维制成人造肌肉 可承受自身12000倍重量

无论你锻炼到什么程度，人类肌肉的力量极限依然难以突破。好消息是，有关人造肌肉的研究，已经远远地将大自然抛在了身后。 据悉，伊利诺伊大学机械科学与工程系（MechSE）的研究人员们，已经开发出了一种由碳纤维和橡胶制成的人造肌肉，且其能够承受 12000 倍于自身的质量。 其实一开始的时候，MechSE 团队只想着捣鼓出一种更强劲、更实用的新设计。

研究人员 Caterina Lamuta 和 Sameh Tafick

有鉴于此，他们从碳纤维开始着手，毕竟这是一种肥强强韧、但质量极轻的材料。为了让它更易于发生形变，研究人员还将它和聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶混合了一起，然后扭曲成螺旋状。

论文作者之一的 Sameh Tafick 表示：

卷曲的肌肉是最近用尼龙线发明来的，它们可以施加大动作。如果可以变得更强劲，就很适合在人类辅助设备上运用。

在使用碳纤维之前，我们必须了解卷肌的收缩机理。在发现了该理论之后，我们知晓了如何将碳纤维转变成超强的肌肉。

我们只是用合适的硅橡胶填充碳纤维，结果它们的表现令人印象深刻，正好达成了预期的目标。

放大后的“盘绕式人造肌肉”，其实际直径为 0.4 mm 。

通过在末端施加小电流来价格硅橡胶，这种人造肌肉就会发生卷曲。这会将碳纤维分开，使人造肌肉的直径变粗、长度收缩，从而拉起附着在底部的负载。

这种长时间的收缩，也可以通过将液体己烷输送到卷曲的人造肌肉中实现。在测试中，团队发现，即便运用了轻微的输入电压，也可以产生非常强的效果。

以一根直径仅 0.4mm 的人造肌肉束为例，它竟然能够将半加仑的水提升 1.4 英寸（3.6 CM），平均每厘米的输入电压仅 0.172 V 。

换算一下，这已经是其自重的 12600 倍，机械应力高达 60 兆帕、拉伸能力超过 25%，单位做功 758 焦耳 / 千克。

研究团队还 开发 了一种数学模型，以描述人造肌肉在不同参数下的性能，未来可用于设计具备特定应用属性的人造肌肉。

另一位论文作者 Caterina Lamuta 表示：

这些低成本、轻量级人造肌肉的应用范围相当宽广，涉及机器人、假肢、矫正器、人类辅助设备等不同领域。

有关这项研究的详情，已经发表在今日出版的《智能材料和结构》（ Smart Materials and Structures ）期刊上。 原标题为：《Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles》