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MIT研发“人造肌肉纤维”,西部世界中的超高仿真机器人不再遥远

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当我看到蝙蝠时,我想到了雷达。当我看到萤火虫时,我想到了冷光。当我看到变色龙时,我想到了伪装设备。科学家的想象力总是像这样跳跃。最近,他们看到了黄瓜卷须,想到了人造肌肉纤维。

随着黄瓜的生长,他的卷须会不断地寻找支撑来伸展它,以确保尽可能多地吸收阳光。麻省理工学院的研究人员创造了一种收缩纤维,模仿这种缠绕和拉伸机制。这种纤维可以用作机器人、假肢或其他机械和生物医学应用的人造肌肉。

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在美国电视剧[0x9A8b]中,机器人有一个超高的模拟形状,子弹会流血,受伤的人会尖叫,几乎和普通人一样。现代技术下的机器人往往是这样的:

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或者像这样:

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新纤维是由麻省理工学院的Mehmet Kanik和麻省理工学院的研究生Sirma开发的?RG U?与Polina Anikeva教授、Yoel Fink教授、Anantha Chandrakasan教授和C.Cem Ta教授合作?还有五位教授。纤维拉伸技术将两种不同的聚合物结合成单链纤维。

黄瓜的灵感,“热胀冷缩”创造“肌肉”

研究人员选择了两种热膨胀系数不同的聚合物材料:高密度聚乙烯和环状烯烃共聚物弹性体。这两种材料结合在一起形成一条双长条,两种不同的聚合物使用纤维拉伸技术结合形成一股纤维。

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有点像这样:

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该过程的关键是将两种材料组合成两种不同的热膨胀系数。这与许多恒温器的原理相同。双金属用作测量温度的方法。当粘合材料加热时,较快的一侧被另一种材料阻挡。最终,粘合材料卷曲并向缓慢膨胀的一侧弯曲。

低成本,高负载和长使用寿命

当卡尼克第一次拿起盘绕的纤维时,发生了惊人的事情。他的手掌温度使纤维卷更紧。基于这种现象,Kanik发现即使温度略有上升,线圈也会收紧并产生强大的拉力。一旦温度回落,线圈将恢复其原始长度。不仅如此,在后来的测试中,研究人员发现这种拉伸过程可以保持10,000次强度。

研究员Anikeeva分析说:“这种材料使用寿命长的原因之一是所有实验都是在常温或低活化温度下进行的。随着温度升高1°C,纤维将开始收缩。”/P>

为了更好地反映光纤的性能,研究人员将银纳米(AgNW,直径70nm,长度50μm)的导电网络直接沉积在纤维肌肉表面,然后沉积聚二甲基硅氧烷(PDMS)。弹性体用作保护性可拉伸层。

这些纤维的尺寸从几微米到几毫米不等,它们各自的纤维可承受650倍于自身重量的负荷,每米仅花费约6美分,并且已经可用于工业规模生产。

当纤维被加热时发生的紧固程度可以通过确定赋予纤维的初始拉伸的多少来“编程”。这允许将材料精确地调节到所需的力和触发力所需的温度变化量。

新型光纤执行器,应用前景可能

该纤维可用作机械手,臂或腿的致动器,也可用于制造假体。其轻巧的质量和快速的响应速度为其提供了巨大的优势。

今天的一些假肢重达30磅,其中大部分来自气动或液压执行器,因此重量更轻的纤维执行器使假肢使用者的生活更轻松。

虽然单根纤维可以承受650倍于自身重量的载荷,但实际上这种承载能力是最小的。

为了提供更多的力量来增加更重的负荷,研究人员将纤维捆绑在一起,就像身体的肌肉纤维一样,研究人员捆绑并测试了100根纤维。结合在纤维中的传感器提供关于在拉伸过程中遇到的条件的反馈,这在假体应用中是重要的。具有闭环反馈机制的捆绑肌纤维也可以应用于需要自动化和精确控制的机器人系统。

卡尼克说:“这种材料具有无限的可能性,因为几乎任何具有不同热膨胀系数的材料都可以相互结合,在广阔的领域留下无数的可能性。这一新发现就像在一个房间里打开一个房间。窗户,有很多新的窗户等待开启。“

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