很多年里,研究人员一直在尝试创造出一种耐用、低成本的人造合成肌肉,但始终没有成功。至今制造出的样品要么太昂贵,无法量产(比如碳纳米管);要么太脆弱,能耗又太高(说的就是你,形状记忆合金),以至于没有多大实用价值。但就在近日, MIT 的一支研究团队用尼龙纤维制造出了一种十分理想的、能满足所有实用性要求的人造肌肉。根据昨天学术期刊 Advanced Materials(“高级材料”)发表的报告,这项技术的秘密在于纤维的形状和加热方式。尼龙纤维有一种很神奇的特性,当你对它们加热的时候,他们会收缩长度,并且增大直径。这使得尼龙纤维成为进行直线运动的理想材料,比如竖直地提起什么东西。但是让尼龙纤维在收缩的同时进行弯曲就不是那么简单了。传统的方法里,让尼龙弯曲需要用到滑轮装置。这增加了系统的重量、复杂度和成本——它们恰恰是是量产新技术最需要减少的三个东西。
MIT 团队找到了一种很巧妙的方法绕过这个难题。该团队使用的是普通的尼龙丝。他们先对它压缩处理,把圆形的横截面改为矩形。接着,他们只对纤维的一侧进行加热。这样一来,加热这一侧比未加热一侧收缩得更快,强迫尼龙纤维向受热一侧弯曲。而加热源可以是任何东西,包括电阻发热,化学反应发热和激光发热。这些尼龙纤维出乎意料的非常结实耐用,可以经受 10 万个使用周期,并且可以在一秒内收缩 17 次。
下方是三幅 MIT 研究人员对该纤维进行加热弯曲测试的画面,其中,第三幅动图中,研究者采用激光照射的方式为纤维一侧加热。