美发明可自愈并发电的人造肌肉

　　据澳大利亚广播公司网站报道，美国的科学家日前称，他们最近成功地研制出一种新型的人造肌肉，这种人造肌肉不仅可以自我修复，而且还可以在运动收缩过程中产生电力，这些电力未来甚至可以为你的手机或者MP3播放器充电。



　　人造肌肉可自我修复并发电



　　在最新一期出版的《先进材料》杂志上，美国加州大学的科学家裴齐冰教授公布了他们的这一最新研究成果。作为此次研究的发起人，裴齐冰教授说：“我们已经制造出了一块人造肌肉，它会在通电后膨胀(超过200%)，在运动和能量方面都与人类肌肉非常相似。”  尽管人造肌肉已经出现数年了，但是有些人造肌肉因为非常体积大而撕裂，产生不平衡的膜厚度和不规则粒子，从而导致肌肉失灵。研究人员们使用了普遍存在的、柔韧灵活的碳纳米管作为电极，以取代其它含金属的膜，因为后者常常在反复使用后出现故障。如果某个碳纳米管区域失效了，其周围的区域会变为绝缘而自行闭合，以防止故障波及其它区域。



　　裴齐冰教授说：“在我们对这个新设备进行的长期测试中，实际的材料经历了许多事件却仍然能工作。”裴教授所说的“事件”指的是，他们用销钉对人造肌肉进行扎刺，在这种情况下，其它的人造肌肉会失效，而他们的肌肉模型仍能保持运行。此外，这种自我愈合的肌肉还是高效能的。裴教授说：“它能保存70%你输给它的能量。”由于这种材料会在膨胀后收缩，碳纳米管的重新排列会产生一小股电流，这种电流可被用作另一膨胀的能量或被储存在电池中。日本的科学家们利用这一理念从海浪中提取能量为电池充电。其他科学家们推测，这种人造肌肉将可被用来捕获风能。内华达大学雷诺校区的材料科学家金光说：“他将这些碳纳米管放在一起的方法真的非常有创意。一些人想利用它来为电池充电。”



　　能与真人肌肉相媲美



　　研究人员们表示，他们发明的这种人造肌肉伸缩性已能和人的肌肉相媲美，且伸缩性由材料自身性能决定，无需马达、齿轮等复杂装置，体积小、重量轻。研究人员称，他们最新研发的两种人造肌肉性能均非常突出，同时具备燃料电池和肌肉的功能。其中一种人造肌肉采用了含催化剂的碳纳米管电极，可作为燃料电池的电极将化学能转化为电能，也可作为超级电容器的电极来储存电能，还可作肌肉电极将电能再转化为机械能。另外一种人造肌肉也是目前最强健的肌肉，是通过混合燃料和空气中的氧气发生催化反应，将化学能转化成为热能，升高的温度可使制造肌肉的具有形状记忆功能的金属材料用力收缩，冷却后肌肉随之膨胀放松。由于这种燃料电池肌肉所使用的外层涂有纳米颗粒催化剂的形状记忆金属导线，可在市场上买到，这使得它尤其容易在自动装置中得到应用。



　　人造肌肉又叫电活性聚合物，是一种新型智能高分子材料，它能够在外加电场的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀，和生物肌肉十分相似。在生物材料医学上，人造器官是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料，或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。根据制造器官使用的材料以及其功能，科学将人造器官分为三种：机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官、生物性人造器官。其中，前两类型种的人造器官移植后会让患者产生排斥反应，对受体来说，最为感觉舒适无副作用的是最后一种也就是生物性人造器官。



　　未来应用前景广阔



　　人造肌肉具有广阔的应用前景。这种材料做成的人造肌肉能像人类肌肉纤维一样收缩和伸展，并改变胳膊长短。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。科学家还希望将这些人造肌肉材料用在其他方面，比如用来制作微型阀门、柔软的扬声器以及可触摸界面如显示屏等。



　　迄今为止，人体的器官已经基本都能够制造成功并应用到人体，唯独肌肉没有做到这一步。因此，人造肌肉具有广阔的前景。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。新研制的靠燃料驱动的人造肌肉很容易进行微型化甚至纳米级设备的生产，采用乙醇或氢等燃料驱动可获得高出目前最先进的充电电池30多倍的能量，使用寿命更长，可在自治机器人、可变形飞行器以及动态盲文显示器等多个领域得到广泛应用。比如可以改进飞行器及航海工具的性能。用酶取代金属催化剂，有朝一日可能研制出以食物为燃料驱动的人造肌肉，用于人体器官包括人造心脏的移植和再造等。(