新材料帶來更強壯靈活人造肌肉

　　美國科學家開發了一種新的材料和工藝，用于制造比生物肌肉更強壯、更靈活的人造肌肉。研究成果發表在最新一期《科學》雜志上。

　　加州大學洛杉磯分校（UCLA）工程學院研究人員稱，創建人造肌肉來完成工作并檢測力和觸覺，一直是科學和工程界的巨大挑戰之一。

　　在制造人造肌肉方面，雖然許多材料都很有競爭力，但具有高彈性的輕質介電彈性體（DE）因其柔韌性極佳而備受關注。大多數DE由丙烯酸或硅樹脂制成，但這兩種材料都有缺點。傳統的丙烯酸DE可實現高驅動應變，但需要預拉伸且缺乏靈活性；有機硅更容易制造，但它們不能承受高應力。

　　UCLA研究團隊利用市售化學品并采用紫外線光固化工藝，創造了一種改進的丙烯酸基材料，該材料更柔韌、可調節且更易于擴展，且沒有損失其強度和耐用性。丙烯酸能形成更多的氫鍵，從而使材料更容易變形，但研究人員調整了聚合物鏈之間的交聯，使彈性體更柔軟、更靈活。然后將得到的薄薄的、可加工的高性能介電彈性體薄膜（PHDE）夾在兩個電極之間，以將電能轉換為致動器的動能。

　　每張PHDE薄膜都像一根頭發一樣輕薄，大約35微米厚，當多層堆疊在一起時，它們就變成了一個微型電動機，可像肌肉組織一樣發揮作用，并產生足夠的能量來為機器人或傳感器的運動提供動力。研究人員已制作出4—50層不等的PHDE薄膜堆疊。

　　配備PHDE致動器的人造肌肉可產生比生物肌肉更多的動力，柔韌性也比自然肌肉高3—10倍。

　　UCLA的研究利用了“干法”工藝。該工藝用刀片將薄膜分層，然后進行紫外線固化硬化，使各層均勻。這增加了致動器的能量輸出，使設備可支持更復雜的運動。

　　這種簡化的過程，以及PHDE的靈活和耐用特性，允許制造出新型柔性致動器，其可像蜘蛛腿般彎曲跳躍，亦可纏繞和旋轉。研究人員還展示了PHDE致動器能夠投擲比薄膜本身重20倍的豌豆大小的球。當電壓打開和關閉時，致動器還可像隔膜一樣膨脹和收縮。