無論你鍛煉到什么程度，人類肌肉的力量極限依然難以突破。好消息是，有關(guān)人造肌肉的研究，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地將大自然拋在了身后。 據(jù)悉，伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程系（MechSE）的研究人員們，已經(jīng)開發(fā)出了一種由碳纖維和橡膠制成的人造肌肉，且其能夠承受12000倍于自身的質(zhì)量。其實一開始的時候，MechSE團(tuán)隊只想著搗鼓出一種更強(qiáng)勁、更實用的新設(shè)計。

研究人員 Caterina Lamuta 和 Sameh Tawfick

有鑒于此，他們從碳纖維開始著手，畢竟這是一種肥強(qiáng)強(qiáng)韌、但質(zhì)量極輕的材料。為了讓它更易于發(fā)生形變，研究人員還將它和聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡膠混合了一起，然后扭曲成螺旋狀。

論文作者之一的 Sameh Tawfick 表示：卷曲的肌肉是最近用尼龍線發(fā)明來的，它們可以施加大動作。如果可以變得更強(qiáng)勁，就很適合在人類輔助設(shè)備上運(yùn)用。在使用碳纖維之前，我們必須了解卷肌的收縮機(jī)理。在發(fā)現(xiàn)了該理論之后，我們知曉了如何將碳纖維轉(zhuǎn)變成超強(qiáng)的肌肉。我們只是用合適的硅橡膠填充碳纖維，結(jié)果它們的表現(xiàn)令人印象深刻，正好達(dá)成了預(yù)期的目標(biāo)。放大后的“盤繞式人造肌肉”，其實際直徑為 0.4 mm。通過在末端施加小電流來價格硅橡膠，這種人造肌肉就會發(fā)生卷曲。這會將碳纖維分開，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(fù)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(xiàn)。在測試中，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，即便運(yùn)用了輕微的輸入電壓，也可以產(chǎn)生非常強(qiáng)的效果。以一根直徑僅 0.4mm的人造肌肉束為例，它竟然能夠?qū)爰觼龅乃嵘?.4 英寸（3.6 CM），平均每厘米的輸入電壓僅0.172V。換算一下，這已經(jīng)是其自重的12600倍，機(jī)械應(yīng)力高達(dá)60兆帕、拉伸能力超過 25%，單位做功758焦耳/千克。

研究團(tuán)隊還開發(fā)了一種數(shù)學(xué)模型，以描述人造肌肉在不同參數(shù)下的性能，未來可用于設(shè)計具備特定應(yīng)用屬性的人造肌肉。

另一位論文作者 Caterina Lamuta 表示：這些低成本、輕量級人造肌肉的應(yīng)用范圍相當(dāng)寬廣，涉及機(jī)器人、假肢、矯正器、人類輔助設(shè)備等不同領(lǐng)域。有關(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在今日出版的《智能材料和結(jié)構(gòu)》（Smart Materials and Structures）期刊上。 原標(biāo)題為：《Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles》。