简介
人造肌肉状材料是根据生物学原理,由3种氨基酸(缬氨酸、脯氨酸和甘氨酸)按一定顺序排列而构成的,它类似于人的肌肉纤维,具有弹性,且能随环境温度和化学成分(如pH值)的变化而伸缩。
种类
一种是把化学能转化成电能。它用含有催化剂的碳纳米管弯曲搭建出肌肉块、“燃料细胞”电极和超级电容器电极,它们会在充满氢的环境中,源源不断地产生电源。
另一种是把化学能转化成热能。它利用氢和乙醇反应提供能量,配合特制的记忆金属丝。例如,当温度降低时,金属丝就会收缩,催化剂减少作用,人造肌肉就会放松收缩。这种方法打造出来的人造肌肉力量最大,举力是正常骨骼肌肉的100倍以上。
主要应用
太空探索
研制人造肌肉,是为了排除人类探索自然过程中的障碍。在探测火星和其他星球的科学实验中,传统引擎驱动的机器人,除了关节之外,四肢没有任何可以活动的关联处,能量上自然是捉襟见肘。如果有了人造肌肉,四肢更加发达,能将分子能量的70%转化为物理能量,远远大于电动引擎的功率。近日,一种名为Birod的生物机器人已问世,它可以负载超过自身1.7万倍的重量。Birod既不怕火星的沙尘石,还大大减轻了自身的重量。
用于军事
麻省理工学院就正在研制用于未来士兵装备的人造肌肉。人造肌肉一旦装入手套、制服和军靴里,士兵就会有超人的力量,举重物、跳过高墙不在话下。此外,美国斯坦福研究员正在开发一种“脚后跟”发电机,即把人造肌肉材料安装在军靴的鞋跟上,通过步行、跑步等运动就能使其发电。
生物型机器人
人造肌肉灵活柔软的特性还可以用来制造医用导管和在地震救灾中大显身手的蛇形机器人。作为生物型机器人的尝试,日本大阪的伊美克斯公司还利用人造肌肉研制成一种可以乱真的机器鱼。机器鱼长6.7厘米,在水中游动的姿态与真鱼没什么差别,更难得的是,它的“耐力”可保持半年时间。机器鱼的肚子里既没有装马达、机轴、齿轮等机械装置,也没有电池,完全是靠伸缩自如的高分子材料自行驱动。