美國科學家研發(fā)新材料有望制造出更強壯靈活的人造肌肉

美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）工程學院研究人員開發(fā)了一種新的材料和工藝，用于制造比生物肌肉更強壯、更靈活的人造肌肉。2022年7月7日，該研究成果發(fā)表在《科學》雜志上。

UCLA研究團隊利用市售化學品并采用紫外線光固化工藝，創(chuàng)造了一種改進的丙烯酸基材料，該材料更柔韌、可調(diào)節(jié)且更易于擴展，且沒有損失其強度和耐用性。丙烯酸能形成更多的氫鍵，從而使材料更容易變形，但研究人員調(diào)整了聚合物鏈之間的交聯(lián)，使彈性體更柔軟、更靈活；然后將得到的薄薄的、可加工的高性能介電彈性體薄膜（PHDE）夾在2個電極之間，以將電能轉(zhuǎn)換為致動器的動能。

每張PHDE薄膜都像一根頭發(fā)一樣輕薄，大約35微米厚，當多層堆疊在一起時，它們就變成了一個微型電動機，可像肌肉組織一樣發(fā)揮作用，并產(chǎn)生足夠的能量來為機器人或傳感器的運動提供動力。研究人員已經(jīng)制作出4～50層不等的PHDE薄膜堆疊。

配備PHDE致動器的人造肌肉可產(chǎn)生比生物肌肉更多的動力，柔韌性也比自然肌肉高3～10倍。

UCLA的研究利用了“干法”工藝。該工藝用刀片將薄膜分層，然后進行紫外線固化硬化，使各層均勻。這增加了致動器的能量輸出，使設(shè)備可支持更復(fù)雜的運動。

這種簡化的過程以及PHDE的靈活和耐用特性，允許制造出新型柔性致動器，其可像蜘蛛腿般彎曲跳躍，亦可纏繞和旋轉(zhuǎn)。研究人員還展示了PHDE致動器能夠投擲比薄膜本身重20倍的豌豆大小的球。當電壓打開和關(guān)閉時，致動器還可像隔膜一樣膨脹和收縮。