新型“塑料肌肉”可举起自身五千倍重量

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【大纪元2021年09月24日讯】(大纪元记者张妮编译报导)形状记忆聚合物是一种在像光线、电流或温度这些外界条件变化的刺激下,会恢复到自己先天形状的化合物。研究人员想到用这些材料可以为各种设备提供一定的机械动力。

最近,斯坦福大学的研究人员发明了一种最新的形状记忆聚合物,不仅可移动的幅度很大、强度也提升了好几倍,是用做机器人手臂“肌肉”的好材料。

有着四十多年历史的儿童玩具热缩片(Shrinky Dink)就是形状记忆聚合物的一个常见的用途。这种材料看上去是透明的,无毒、无味,孩子们在上面画出各种图案,剪切好后,放入烤箱烘烤,材料就会缩小而且变硬。这适合制作各种小玩具、或是精致的发饰、装饰品等。

这种材料在其它方面用途也很广泛,比如用它们包裹线缆,收缩后可以达到更好的绝缘效果;用它们掺入制作的衣料,可以具有天热的时候更透气、天冷的时候会防水的特性。医疗行业也用到了它们。比如自行缝合线、自行张合的支架等,适合置入动脉,帮助患者改善血液循环。

这份研究中,斯坦福大学的研究人员把它用于制作机器人手臂的肌肉组织。有了这样的材料,这些机械臂在外界条件的控制下便可以自行活动,还可以抬取物体等。

主要研究员之一斯坦福大学的尼克扎德(Shayla Nikzad)说:“遇到的主要挑战在于,这些材料不够坚固。”

他们用这种材料制造的机械臂的确比用其它机械系统实现的机械臂更轻便、更灵活,但是抬取重物后容易造成材料撕裂或断裂。或者说,如果要保证这些“肌肉”不受伤,这样的机械臂能抬取物体的质量就很小。

研究人员试着改进这种材料增强了它的强度,但是发现材料能够伸缩的距离又变得太短。为了满足机械臂的摆动幅度,伸缩距离很短的材料意味着只能配给短小的机械臂使用。想象一下,将来造出高大的机器人,怎么能只有短短的手臂呢?

最后他们找到了一位化学家合作,在现有一种名为PPG材料的基础上,改变它的原子结构,使它们之间结合得更好,造出了一种全新的具有形状记忆功能的化合物。

测试结果显示,这种材料可用于抬升物体的“力量”是以前材料的6倍,或者说用这种材料制造的“塑料肌肉”,可以提起相当于它们自身质量5,000倍的物体。材料的成本也不高:只需11美元。

研究人员还在进一步改进这种材料的性能,比如,现在它只能朝一个方向运动。“我们希望造出的材料能在受热时伸展、冷却时收缩,并能重复伸缩循环、反复使用。”克扎德说。

这份研究9月8日发表于美国化学会(ACS)跨领域类期刊《中央科学》(Central Science)。◇

责任编辑:朱涵儒

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