Science封面重磅: MIT打造纤维人造肌肉, 可编程!

试验表明,一根纤维可以承受自身重量 650 倍的载荷。

为了在单根纤维上进行实验,研究团队开发了专用的小型化测试装置。

Science封面重磅: MIT打造纤维人造肌肉, 可编程!

当纤维受热时发生的拉紧程度,可以通过确定给纤维的初始拉伸量来“编程”。

这使得材料可以精确地调整到所需的力以及触发该力所需的温度变化量。

这些纤维是使用一个“纤维拉伸系统”制成的,因此将其他成分加入纤维中也是可能等。

纤维拉伸是通过制造一个超大尺寸的材料,称为预成型件,然后加热到特定的温度,使材料变得粘稠。

然后就可以像拉太妃糖一样将纤维拉出,同时使纤维保持其内部结构,只是宽度比预成型件小很多。

培根的人造肌肉人造培根和牛排 图-1

作为测试,研究人员在纤维表面涂上了导电纳米线网格。

这些网格可以用作传感器,以显示纤维所经历或施加的确切张力。

未来,这些纤维还可以包含加热元件,如光纤或电极,提供一种内部加热的方式,而无需依赖外部热源来激活“肌肉”的收缩。

无限可能:人造肌肉可用于机器人手臂、假肢等这种人造肌肉纤维可以用作机器人手臂、腿或夹持器中的致动器,也可以用作假肢的部件,因为它们重量轻,反应速度快,具有显著的优势。

如今,一些假肢的重量可达 13 公斤,其中大部分重量来自致动器,通常是气动或液压的;因此,对于使用假肢的人来说,更轻的致动器可以使他们的生活更便利。

培根的人造肌肉人造培根和牛排 图-2

研究人员说:“这种纤维还可以应用于小型生物医学设备,比如进入动脉后再被激活的医疗机器人。

”这种人造纤维的激活时间是几十毫秒到几秒,取决于尺寸。

为了提供更大的强度来承受更重的负荷,纤维可以捆绑在一起,就像肌肉纤维在身体中是捆绑着的一样。

该团队成功地测试了 100 根纤维捆绑在一起的纤维束。

通过纤维拉伸过程,传感器也可以植入到纤维中,从而能够对它们遇到的情况提供反馈,例如在假肢。

研究人员表示,带有闭环反馈机制的纤维束可以应用于需要自动化和精确控制的机器人系统中。

这类材料的可能性实际上是无限的,因为几乎任何两种热膨胀率不同的材料的组合都可以起作用,这是一个可以探索各种可能组合的广阔领域。

研究人员说,这个新发现就像打开了一个新窗口,却看到“更多其他的窗口”等着被打开。

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培根的人造肌肉人造培根和牛排 图-3

新智元报道 【新智元导读】今天,Science 封面发表重磅研究:MIT 的研究人员发明了一种“人造肌肉纤维”,温度改变即可伸缩,而且非常轻巧,可以非常快速地响应。

这种人造肌肉可用于机器人手臂、假肢、医疗机器人等。

了解更多,获取论文,请关注新智元和群你见过黄瓜生长吗?它有卷须,会顺着杆子或其他支撑物往上卷绕,确保自己能够接受更多的阳光照射。

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现在,MIT 的研究人员找到了模拟这种卷绕和拉伸的方法来产生可伸缩纤维,这可以为机器人、假肢或其他机械和生物医学的应用提供人造肌肉。

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虽然已经有许多创造人造肌肉的方法,比如液压系统,伺服马达,形状记忆金属和响应刺激的聚合物等,但它们都具有局限性,比容太重或响应时间太长。

研究人员表示:相比之下,这种基于纤维的新系统非常轻巧,可以非常快速地响应。

今天,这项研究登上了《Science》封面。

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这种新纤维由 MIT 博士后 Mehmet Kanik 和研究生 SirmaÖrgüç等开发,与教授 Polina Anikeeva,Yoel Fink,Anantha Chandrakasan 和C.CemTaşan 合作。

原理简单,效果惊人:MIT 人造纤维能举起 650 倍于自身的重量研究人员使用纤维拉伸技术将两种不同的聚合物组合成单股纤维。

该过程的关键是将两种具有非常不同的热膨胀系数的材料粘合在一起,这意味着它们在加热时具有不同的膨胀率。

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许多恒温器中都使用了该原理,例如,使用双金属片作为测量温度的方式。

随着接合材料的加热,想要更快膨胀的一侧被另一种材料阻挡。

来源:http://www.ironic-one.com

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