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基于硅的人造肌肉——软体机器人的新方法

2017年10月1日通过Zabrel Holsman

哥伦比亚大学的工程师们制造出了一种人造肌肉，它可以举起超过自身重量1000倍的重物。

在过去的十年里，我们的软机器人技术有了重大突破，从软件升级到更小更紧凑的液压和气动机器人。在那十年里，我们的计算能力增长了好几倍。然而，与大多数其他形式的技术一样，我们的目标是让我们的软机器人更小、更精确、更强大。科学家缩小机械部件尺寸的能力仍然是一个很大的挑战。

计算能力和机械部件之间的巨大差距，给软机器人研究，尤其是替代材料，带来了巨大的变化。其中一个研究领域的目标是人体肌肉的复制，以潜在地解决我们当前设计的尺寸和功率缩放问题。

我们目前的软机器人技术是基于气动和液压系统，这可能是实用的，但通常需要大型外部组件，如压缩机。要将其缩减到实际水平是极其困难的。

一个在杂志上发表的研究文章自然描述了一种创建易于伸缩的合成肌肉的新方法，可以举起超过1000倍自身重量。

哥伦比亚工程学院的研究小组使用了一种被称为硅酮弹性体的材料，并将其与20%的乙醇溶液混合。在室温下，乙醇在硅内部形成气泡，产生一种活性流体，可以随着温度的升高而被激发。

如果给材料注入足够的电压，硅酮弹性体内的乙醇就会沸腾并膨胀。材料的外壳然后经历足够的压力来增加它的体积，当乙醇冷却材料，然后体积会减少。这个过程创造了一个易于控制的膨胀和收缩的材料，可以作为一个驱动器。当用8伏电压通过电线加热到176华氏度时，人造肌肉能够将自身膨胀到原来的9倍大小。

该研究的主要作者阿斯兰·米里耶夫说:“我们的软功能材料可以作为强健的软肌肉，可能会彻底改变目前设计软机器人解决方案的方式。”它可以推、拉、弯、扭转和举重。这是我们拥有的最接近天然肌肉的人造材料。”

这项技术在实际应用前还有很长的路要走。虽然这种材料可以膨胀很多倍(也可以举起大量的重量)，但这种膨胀在一分钟内就发生了。这一发展可能成为软机器人领域的重要一步，并有广阔的应用前景，特别是在医学领域。

然而，他们的研发最有趣的部分可能是，该设备是用3D打印机制造的，可以同时打印两种材料。这为工业生产和消费生产开辟了潜力。总的来说，执行器的生产成本相对较低，但目前它还不受消费者的控制。