人造肌肉可承受千倍于自重的應(yīng)力

科技日?qǐng)?bào)北京11月13日電 (記者劉霞)韓國蔚山國立科學(xué)研究院研究人員開發(fā)出一種創(chuàng)新性的磁性復(fù)合人造肌肉。與傳統(tǒng)人造肌肉相比,新材料能夠承受超過自身重量1000倍的應(yīng)力,有望為機(jī)器人、可穿戴設(shè)備等帶來更強(qiáng)大的機(jī)械臂。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

柔性人造肌肉能模擬人類肌肉流暢的運(yùn)動(dòng),已成為機(jī)器人、可穿戴設(shè)備及生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的熱門技術(shù)。然而,傳統(tǒng)人造肌肉通常剛性不足,還存在不必要的振動(dòng),因此很難提起大重量物體,且無法保持精確的控制能力。

為突破這一瓶頸,研究人員將能產(chǎn)生巨大磁力的鐵磁顆粒,與一種多功能剛性材料制成的形狀記憶聚合物相結(jié)合,創(chuàng)造出一種全新的軟磁復(fù)合人造肌肉,承載能力和彈性都顯著提升。

研究人員表示,通過獨(dú)特的表面處理方法,鐵磁粒子與形狀記憶聚合物之間形成了復(fù)雜的物理纏結(jié)。這種協(xié)同作用不僅增強(qiáng)了復(fù)合材料的機(jī)械性能,還使其能夠迅速響應(yīng)外部磁場。

測(cè)試結(jié)果顯示,新型人造肌肉表現(xiàn)出非凡的適應(yīng)性,剛度提高了2700倍,柔軟度提高了8倍以上。在剛性條件下,它能承受高達(dá)其自身重量1000倍的拉伸應(yīng)力,以及3690倍的壓縮應(yīng)力。

為了減輕外部振動(dòng)的影響,研究人員還采用了雙層架構(gòu),其中一層為水凝膠。這種設(shè)計(jì)使人造肌肉在快速操作過程中仍能精確控制。

研究人員表示,這種新型人造肌肉的機(jī)械性能、柔韌程度等均超越了現(xiàn)有人造肌肉。他們可利用激光加熱和磁場等多種方法,遠(yuǎn)程控制人造肌肉執(zhí)行伸長、收縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等基本運(yùn)動(dòng),以及精確操縱物體等更復(fù)雜的動(dòng)作。

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