螺旋碳纖維製成人造肌肉 可承受自身12000倍重量

無論你鍛煉到什麼程度，人類肌肉的力量極限依然難以突破。好消息是，有關人造肌肉的研究，已經遠遠地將大自然拋在了身後。據悉，伊利諾伊大學機械科學與工程系（MechSE）的研究人員們，已經開發出了一種由碳纖維和橡膠製成的人造肌肉，且其能夠承受 12000 倍於自身的質量。其實一開始的時候，MechSE 團隊只想著搗鼓出一種更強勁、更實用的新設計。

研究人員 Caterina Lamuta 和 Sameh Tawfick

有鑒於此，他們從碳纖維開始著手，畢竟這是一種肥強強韌、但質量極輕的材料。為了讓它更易於發生形變，研究人員還將它和聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡膠混合了一起，然後扭曲成螺旋狀。

論文作者之一的 Sameh Tawfick 表示：

捲曲的肌肉是最近用尼龍線發明來的，它們可以施加大動作。如果可以變得更強勁，就很適合在人類輔助設備上運用。

在使用碳纖維之前，我們必須了解卷肌的收縮機理。在發現了該理論之後，我們知曉了如何將碳纖維轉變成超強的肌肉。

我們只是用合適的硅橡膠填充碳纖維，結果它們的表現令人印象深刻，正好達成了預期的目標。

放大後的「盤繞式人造肌肉」，其實際直徑為 0.4 mm 。

通過在末端施加小電流來價格硅橡膠，這種人造肌肉就會發生捲曲。這會將碳纖維分開，使人造肌肉的直徑變粗、長度收縮，從而拉起附著在底部的負載。

這種長時間的收縮，也可以通過將液體己烷輸送到捲曲的人造肌肉中實現。在測試中，團隊發現，即便運用了輕微的輸入電壓，也可以產生非常強的效果。

以一根直徑僅 0.4mm 的人造肌肉束為例，它竟然能夠將半加侖的水提升 1.4 英寸（3.6 CM），平均每厘米的輸入電壓僅 0.172 V 。

換算一下，這已經是其自重的 12600 倍，機械應力高達 60 兆帕、拉伸能力超過 25%，單位做功 758 焦耳 / 千克。

研究團隊還 開發 了一種數學模型，以描述人造肌肉在不同參數下的性能，未來可用於設計具備特定應用屬性的人造肌肉。

另一位論文作者 Caterina Lamuta 表示：

這些低成本、輕量級人造肌肉的應用範圍相當寬廣，涉及機器人、假肢、矯正器、人類輔助設備等不同領域。

有關這項研究的詳情，已經發表在今日出版的《智能材料和結構》（ Smart Materials and Structures ）期刊上。原標題為：《Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles》

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