当前位置:新闻 -> 新技术 -> 新型人工肌肉“四两拨千斤”:其收缩力可达人体肌肉40倍
新型人工肌肉“四两拨千斤”:其收缩力可达人体肌肉40倍
时间:2019-07-19 08:57:05  作者:Annie  来源:再生医学网综合报道
新一期美国《科学》杂志刊登的研究显示,美国、中国等国的研究人员组成的团队开发出一种新型人工肌肉,其平均收缩力是人体肌肉的40倍,且成本可控,易于大规模生产,应用前景广阔。

  首先,再生医学网小编带您们了解一些关于肌肉的事情:人体肌肉约639块,约由60亿条肌纤维组成,其中最长的肌纤维达60厘米,最短的仅有1毫米左右。大块肌肉约有两千克重,小块的肌肉仅有几克。一般人的肌肉占体重的百分之三十五至四十五左右。按结构和功能的不同又可分为平滑肌、心肌和骨骼肌三种,按形态又可分为长肌、短肌、阔肌和轮匝肌。肌肉收缩牵引骨骼而产生关节的运动,其作用犹如杠杆装置,有3种基本形:平衡杠杆运动,支点在重点和力点之间,如寰枕关节进行的仰头和低头运动;省力杠杆运动,其重点位于支点和力点之间,如起步抬足跟时踝关节的运动;速度杠杆运动,其力点位于重点和支点之间,如举起重物时肘关节的运动。
  我们知道人类的身体在动物界中并不是算最强壮的,但是凭借着人类非常智慧的行为,能够创造出非常强大的异于动物界的工具,而且在某一些方面能够将人体一些技能上的不足来进行补充。当下,科学家们一直在进行人工肌肉方面的研究。
  目前,人工肌肉材质包括金属线与纳米碳管,但成本高昂且难以驾驭。新型人工肌肉是科学家用制作钓鱼线和缝线的纤维扭成非常紧的线圈制成,并利用温度变化使其收缩与放松。还有个有趣的实用用途,即制作“自动调温”衣物。研究人员可利用聚合物线圈织成“可以呼吸”的材质,织料缝隙会随气温打开或关闭,帮助通风或防风。而最先进的人型机器人或义肢,受限于笨重马达与液压系统,有碍于其灵活程度、力量与整体工作能力。未来这种新人工肌肉的应用,可能包括机器人微创手术、义肢,以及制造功能更强的机器人。
  再生医学网近日了解到一项最新研究,据介绍,新一期美国《科学》杂志刊登的研究显示,美国、中国等国的研究人员组成的团队开发出一种新型人工肌肉,其平均收缩力是人体肌肉的40倍,且成本可控,易于大规模生产,应用前景广阔。
  纤维状人工肌肉是一种面向未来智能机器人的机械能转化材料,其原理是碳纳米管等材料经过被称为“加捻”的多次扭转过程后,在气体、热能或电化学能的驱动下收缩或舒展,模拟出肌肉运动。美国得克萨斯大学达拉斯分校、中国东华大学等机构的研究人员在多种纺线外面裹上一层由聚合物构成的活性壳层材料,从而不用激活全部纺线,只需激活壳层,即可利用壳层的体积变化,快速、有效地将输入能转化为机械能。论文第一作者、美国得克萨斯大学达拉斯分校的穆九柯说,这种由壳层驱动的人工肌肉很大程度上解决了先前人工肌肉的内层材料耗费较多输入能源,能源转换效率不高的缺点。研究显示,在电化学触发条件下,一种由碳纳米管与尼龙纱线等材料构成的壳层驱动人工肌肉的收缩力达人体肌肉的40倍,性能远超此前的一些人工肌肉。研究人员还展示了以天然蚕丝、竹纤维纱线和静电纺丝作为内层材料的人工肌肉,它们同样表现出良好的机械能转化能力。论文通讯作者、得克萨斯大学达拉斯分校纳米技术研究所主任雷·鲍曼指出,使用价格低廉的商业纤维取代价格昂贵的碳纳米管,将使这种人工肌肉更容易应用到机器人、智能衣物等方面。在本次研究中,中国东华大学的朱美芳、王宏志等人基于壳层驱动人工肌肉开发出一种智能织物,可在环境湿度较高时自动提高其孔隙率,以此制成的智能衣物在穿着时会带给人体更好的舒适度。论文还展示了一种能够感知外界葡萄糖含量并予以响应的壳层驱动人工肌肉,表明这种人工肌肉在药物缓释领域具有应用潜力。
  我们相信在未来,有些因为意外车祸而失去四肢的人,凭借科技的强大突破,可以将假肢变为这种人工肌肉,这样就可以成为他们的“第二个腿”或者“第二个手臂”,并且一直造福着他们的生活。
  再生医学网将持续关注。
  (备注:部分文字源自新华社。图片源于网络。)
关键字:人工肌肉
反馈
版权所有2012-2019 组织工程与再生医学网 保留所有权利
京ICP备11013684号-2