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  無論你鍛煉到什么程度，人類肌肉的力量極限依然難以突破。好消息是，有關(guān)人造肌肉的研究，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地將大自然拋在了身后。據(jù)悉，伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程系(MechSE)的研究人員們，已經(jīng)開發(fā)出了一種由碳纖維和橡膠制成的人造肌肉，且其能夠承受12000倍于自身的質(zhì)量。 其實(shí)一開始的時(shí)候，MechSE團(tuán)隊(duì)只想著搗鼓出一種更強(qiáng)勁、更實(shí)用的新設(shè)計(jì)。

研究人員Caterina Lamuta和Sameh Tawfick

  有鑒于此，他們從碳纖維開始著手，畢竟這是一種非常強(qiáng)韌、但質(zhì)量極輕的材料。為了讓它更易于發(fā)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，然后扭曲成螺旋狀。

  論文作者之一的Sameh Tawfick表示：卷曲的肌肉是最近用尼龍線發(fā)明來的，它們可以施加大動作。如果可以變得更強(qiáng)勁，就很適合在人類輔助設(shè)備上運(yùn)用。在使用碳纖維之前，我們必須了解卷肌的收縮機(jī)理。在發(fā)現(xiàn)了該理論之后，我們知曉了如何將碳纖維轉(zhuǎn)變成超強(qiáng)的肌肉。我們只是用合適的硅橡膠填充碳纖維，結(jié)果它們的表現(xiàn)令人印象深刻，正好達(dá)成了預(yù)期的目標(biāo)。

放大后的“盤繞式人造肌肉”，其實(shí)際直徑為0.4mm 。

  通過在末端施加小電流，這種人造肌肉就會發(fā)生卷曲。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(fù)載。

  這種長時(shí)間的收縮，也可以通過將液體己烷輸送到卷曲的人造肌肉中實(shí)現(xiàn)。在測試中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，即便運(yùn)用了輕微的輸入電壓，也可以產(chǎn)生非常強(qiáng)的效果。

  以一根直徑僅0.4mm 的人造肌肉束為例，它竟然能夠?qū)爰觼龅乃嵘?.4英寸(3.6 CM)，平均每厘米的輸入電壓僅0.172V 。

  換算一下，這已經(jīng)是其自重的12600倍，機(jī)械應(yīng)力高達(dá)60兆帕、拉伸能力超過25%，單位做功758焦耳/千克。

  研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種數(shù)學(xué)模型，以描述人造肌肉在不同參數(shù)下的性能，未來可用于設(shè)計(jì)具備特定應(yīng)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(yīng)用范圍相當(dāng)寬廣，涉及機(jī)器人、假肢、矯正器、人類輔助設(shè)備等不同領(lǐng)域。

  有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在今日出版的《智能材料和結(jié)構(gòu)》(Smart Materials and Structures)期刊上。原標(biāo)題為：《Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles》

  論文鏈接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/aab52b