英國研究人員開發出螺旋碳纖維制成的人造肌肉
近日，伊利諾伊大學機械科學與工程系（MechSE）的研究人員開發出一種由碳纖維和橡膠制成的人造肌肉，能夠承受12000倍于自身的重量。
研究人員從碳纖維這種強韌但質量極輕的材料著手，為了使其更易于發生形變，使用合適的硅橡膠（聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡膠）填充碳纖維，并扭曲成螺旋狀。通過在末端施加小電流來加熱硅橡膠，這種人造肌肉就會發生卷曲，使人造肌肉的直徑變粗、長度收縮，從而拉起附著在底部的負載。
這種長時間的收縮，也可以通過將液體己烷輸送到卷曲的人造肌肉中實現。在測試中，團隊發現，即便使用微小的輸入電壓，也可以產生非常強的效果。以一根直徑僅0.4mm的人造肌肉束為例，能夠將半加侖（約1.9L）的水提升1.4 英寸（3.6 cm），而平均每厘米的輸入電壓僅0.172 V。換算得出，這一提升重量是其自重的 12600 倍。不僅如此，這些人造肌肉還可以承受高達60MPa的機械應力，提供超過25%拉伸沖程，單位做功高達758 J/kg，這些數據是天然肌肉的18倍。
研究團隊還開發了一種數學模型，以描述人造肌肉在不同參數下的性能，未來可用于設計具備特定應用屬性的人造肌肉。研究人員表示，這些低成本、輕量級人造肌肉的應用前景廣泛，可用于機器人、假肢、矯正器、人類輔助設備等諸多領域。有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的Smart Materials and Structures期刊上，原標題為Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles。
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