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科技前沿

美大学研发出新型人造肌肉,可提起自身重量12000倍的物体
来源:新城商业  2018-05-09 10:06:18
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6468.html       近日,美国伊利诺伊大学机械科学与工程系(MechSE)的研究团队研发出一种由碳纤维和橡胶制成的人造肌肉,它可以提起超过自身重量12000倍的物体,承重能力是天然肌肉的18倍。


       据悉,该人造肌肉是根据生物肌肉的运动原理来进行设计的,考虑到材质以及成本等问题,研究人员选择了碳纤维这种高强轻质的材料,很容易在市场上买到。再在其中加入合适的硅橡胶填充纤维丝束,这样一来,通过硅橡胶填充物的热膨胀或者吸收溶剂,就会使得肌肉丝线产生收缩等效果。

       譬如当向硅橡胶施加电流时,又或是通过加热溶剂使硅橡胶在纤维束内局部推开纤维时,肌肉就会发生弯曲,而从硅橡胶施加到纤维上的压力,使肌肉膨胀变粗并展开,引起收缩扭曲。


       该研究团队的负责人Sameh Tawfick 于2012年在密歇根大学获得博士学位后,便一直在伊利诺伊大学机械科学与工程系担任助理教授。Sameh Tawfick的研究领域包括应用物理、固体力学与材料、化学等等,对固体力学与材料、纳米机械与纳米制造方面的研究颇感兴趣,该人造肌肉便是固体力学与材料方面的应用研究。

       2016年,Sameh Tawfick获得美国制造工程师学会颁发的“杰出青年制造工程师奖”,该奖是全球制造业权威的国际学术奖项。


       Sameh Tawfick及其团队在实验中还发现,该人造肌肉工作性能良好,实验以一根直径只有0.4毫米的人造肌肉束为测试对象,它能将半加仑(约1.9升)的水移动了1.4英寸(约3.6厘米),而平均每厘米的移动只需0.172伏电压。

       性能上这些肌肉不仅可以提升自身重量12,000倍的物体,还可以承受高达60兆帕的机械力,伸长量可以超过原长度的四分之一。


       目前,研究人造肌肉的远不止伊利诺伊大学这一家机构,去年哈佛大学威斯研究所和麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员就联合研发出了机器人人造肌肉。

       与伊利诺伊大学以电流或者化学驱动肌肉不同的是,哈佛-麻省人造肌肉是靠水和空气驱动的。它由金属线圈、塑料片等材料制成,将其放入塑料或者纺织袋中,通过改变袋内的真空状况来产生驱动力。

       目前,这些低成本、轻量级人造肌肉的应用范围较为广泛,在机器人、假肢、矫正器、人类辅助设备等领域都有着良好的应用。

文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6468.html