新材料带来更强更灵活的人造肌肉

美国科学家开发了一种新材料和技术，用于制造比生物肌肉更强、更灵活的人造肌肉。研究成果发表在最新一期《科学》杂志上。

加州大学洛杉矶分校(UCLA)工程学院的研究人员表示，创造人造肌肉来完成工作并检测力和触觉一直是科学和工程领域的巨大挑战之一。

在制造人工肌肉方面，虽然很多材料都很有竞争力，但是具有高弹性的轻质介电弹性体(DE)因其优异的柔韧性而备受关注。大多数DE由丙烯酸或硅树脂制成，但是这两种材料都有缺点。传统的亚克力DE可以达到很高的驱动应变，但是需要预拉伸，缺乏柔韧性；硅树脂更容易制造，但它们无法承受高应力。

加州大学洛杉矶分校的研究团队通过使用商业上可用的化学品和紫外光固化工艺，创造了一种改进的丙烯酸基材料，这种材料更灵活，可调节，更容易膨胀，而不会失去其强度和耐用性。丙烯酸可以形成更多的氢键，使材料更容易变形，但研究人员调整了聚合物链之间的交联，使弹性体更柔软，更有弹性。然后，将获得的薄且可加工的高性能介电弹性体膜(PHDE)夹在两个电极之间，以将电能转化为致动器的动能。

每层PHDE薄膜薄如发丝，约35微米厚。当多个层堆叠在一起时，它们就变成了一个微型马达，可以像肌肉组织一样发挥作用，并产生足够的能量来驱动机器人或传感器的运动。研究人员已经制作了4-50个PHDE薄膜堆。

配备PHDE致动器的人工肌肉可以产生比生物肌肉更大的力量，其柔韧性比天然肌肉高3-10倍。

加州大学洛杉矶分校的研究采用“干法”过程。在这个过程中，薄膜通过刀片分层，然后通过紫外线固化，使每一层都均匀。这增加了致动器的能量输出，使得设备可以支持更复杂的运动。

这种简化的工艺，以及PHDE的灵活性和耐用性，使得制造一种新型的柔性致动器成为可能，这种致动器可以像蜘蛛的腿一样弯曲和跳跃，也可以缠绕和旋转。研究人员还表明，PHDE致动器可以投掷一个豌豆大小的球，比薄膜本身重20倍。当电压开启和关闭时，执行器也可以像隔膜一样膨胀和收缩。记者张实习记者

从长远来看，今天我们生活中出现的很多机器人，可能都属于机器人的雏形或初级形态。虽然他们可以执行很多指令和操作，但是在很多方面，他们和真正的智能还是有一定差距的。最基本的一点是，他们看起来更像硬邦邦的机器，而不是灵巧的人。试想一下，负责照顾孩子或老人的护理机器人，如果能以柔软的皮肤和肌肉代替钢铁般的骨骼，实际使用体验可能会大大提升。人造皮肤、人造肌肉的相关研发成果，帮助机器人变得更加灵活，帮助它们变得更加“名副其实”。