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科学家用钓鱼线和缝纫线造出强力肌肉

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来源: 作者: 2019-05-17 00:56:57

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2月21日出版的《科学》杂志刊登了美国德克萨斯大学达拉斯分校科学家领导的一个国际研究小组的研究论4G标准最终版本将推迟到2012年上半年发布
文,他们开发出一种能把普通钓鱼线和缝纫线变成强力人造肌肉的便宜方法。与一样长度、重量的人类肌肉相比,这种肌肉能提起的重量是人类肌肉的100多倍,产生的机械功率也到达100倍,每公斤能产生7.1马力的功率,与一架喷气式飞机发动机的机械功率相当。

研究人员把高强度的高分子聚合物钓鱼线和缝纫线搓捻、盘绕在一起,缝纫线外面涂有一层金属涂层,也可以直接用金属丝和肌肉捻在一起,通电让其产生温差,这种人造肌肉就是靠温差产生的冷热改变而工作的。搓捻的聚合物纤维就像扭力肌肉,能使一个较重的转轮到达每分钟一万转。然后增加捻数直到聚合纤维卷得像一根紧扭的橡胶带,这样就成了一种能沿自身长度方向剧烈收缩的肌肉。温度升高即加热时能沿本身长度方向剧烈收缩,变冷后又会恢复到原来长度。如果盘绕方向和纤维最初的搓捻方向不同,就会反过来变成加热扩张、制冷收缩。

天然肌肉只能收缩自身长度的20%左右,而人造肌肉能收缩到50%,在重机械载荷情况下,肌肉收缩舒张循环可达百万次。论文作者、该校纳米技术研究所所长雷·鲍曼说,这些聚合物肌肉运用前景广阔,一个可能应用领域就是超人气力,如机器人和外骨骼。把一束聚乙烯钓鱼线搓捻在一起,总直径只有人头发的10倍,而制成的聚合物肌肉能举起16磅的重物,如果依照自然肌肉那样组织,一百根这类肌肉就能举起约0.8吨的重物。

反过来,独立操作这类直径不足一根头发的盘绕聚合物肌肉,可以给人形机器人带来面部表情,就像有生命似的;也能使实施侵入式微手术的机器人更加熟练灵敏。此外,它们还能给微型的“芯片实验室”充电,作为触觉交换设备,把远方机器人手上传感器感知的触觉传到人手上。

该人造肌肉还能利用环境温差自行充电,可用在温室或建筑物上,自动打开关闭窗户,从而节约用电减少噪音。论文第一作者、鲍曼实验室材料科学与工程博士生卡特尔·海恩斯说:“根据聚合物肌肉的纺织纹理来看,上面的孔能随着温度变化可逆性地打开关闭。这也为将来造出舒适性可调服装带来了可能。”

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